Поверка и калибровка средств электрических измерений. Задачи и методические указания для практических занятий. Учебное пособие

АКАДЕМИЯ СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

А.Р. Усеинов

ПОВЕРКА И КАЛИБРОВКА СРЕДСТВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Задачи и методические указания для практических занятий

Учебное пособие

Москва

2006

Усеинов А.Р. Поверка и калибровка средств электрических измерений. Задачи и методические указания для практических занятий. Учебное пособие. – АСМС. Москва: 2006. – 39 с.

Учебное пособие предназначено для слушателей АСМС, повышающих квалификацию на кафедре «Электрические измерения» по специализации «Поверка и калибровка средств электрических измерений». В пособии собраны типовые задачи по темам: «Поверка и калибровка амперметров, вольтметров, ваттметров и варметров», «Поверка и калибровка омметров и мегаомметров», «Поверка и калибровка магазинов сопротивления на постоянном токе», которые используются на практических занятиях для закрепления лекционного материала и рекомендуются слушателям для самостоятельных упражнений. Все задачи оригинальны по содержанию. Некоторые из них снабжены решением или методическим указанием по их решению. Ко всем задачам даются ответы.

Пособие является первым изданием такого рода, но не первой попыткой кафедры «Электрические измерения» обобщить свой опыт в отношении практических занятий. В 1982 году коллективом авторов под общей редакцией Усеинова А.Р. было издано пособие «Поверка средств электрических измерений. Типовые задачи и методические указания по их решению». Необходимость такого издания обуславливается тем, что при поверке средств электрических измерений приходится производить существенный объем вычислительной работы как на стадии выбора эталонных средств поверки, так и при обработке результатов поверки. Чтобы слушатели кафедры приобрели вычислительные навыки, требуются практика и упражнения не только под руководством преподавателя, но что еще ценнее, самостоятельно. Самостоятельное решение задач, как известно, дает наилучший результат.

Усеинов Альфрит Рашидович – кандидат технических наук,

доцент.

© АСМС, 2006

2

1. ПОВЕРКА И КАЛИБРОВКА АМПЕРМЕТРОВ, ВОЛЬТМЕТРОВ, ВАТТМЕТРОВ И ВАРМЕТРОВ

1.1. Выбор метода поверки

Выбор метода поверки амперметров, вольтметров, ваттметров и варметров осуществляется в зависимости от класса точности поверяемых приборов и рода тока, на котором проводится их поверка. Выбрать метод поверки приборов постоянного тока можно с помощью алгоритмической схемы на рис. 1 и приборов переменного тока – на рис.2. При поверке этих приборов используют один из трех методов: метод сличения, метод прямого измерения и метод косвенного измерения. Метод сличения может быть реализован в двух разновидностях: с использованием какого-либо компаратора (потенциометра постоянного тока или термокомпаратора) или с использованием прибора того же вида, что и поверяемый, или цифрового прибора, измеряющего ту же величину, что и поверяемый прибор. В последнем случае метод называют непосредственным сличением. При поверке методом прямого измерения поверяемым прибором измеряют ток или напряжение, воспроизводимые образцовым калибратором. При косвенном методе поверки ваттметров и варметров измеряют напряжение с помощью потенциометра, а силу тока – с помощью потенциометра и образцовой катушки сопротивления.

Задача 1.1. Выбрать возможные методы поверки вольтметра постоянного тока класса точности 0,2.

Решение. Воспользовавшись алгоритмической схемой на рис. 1, выясняем, что данный вольтметр можно поверить одним из двух методов: методом прямых измерений с использованием калибратора напряжения, методом сличения с использованием потенциометра или цифрового вольтметра.

Задача 1.2. Выбрать возможные методы поверки ваттметра постоянного тока класса точности 2,0.

Ответ: метод непосредственного сличения.

Задача 1.3. Выбрать возможные методы поверки амперметра переменного тока класса точности 0,2.

Ответ: метод сличения при помощи компаратора.

3

1.2. Выбор эталонного средства измерения по погрешности

Выбор эталонного (образцового) средства измерения по погрешности определяется заданным в ГОСТ 8.497-83 соотношением п пределов допускаемой абсолютной погрешности образцового о и поверяемого п средств измерений

о/ п п .

Для расчетов на практике более удобно преобразованное неравенство в виде

но быть не более 1/5. Допускаются соотношения не более 1/3 при поверке приборов классов точности 0,05-0,5 и не более 1/4 при поверке приборов классов точности 1,0-5,0. Но при этом вариация по-

казаний образцового средства измерения не должна превышать по-

ловины предела допускаемой абсолютной основной его погрешности.

При поверке ваттметров и варметров соотношение погрешностей должно быть не более 1/3 для приборов классов точности 0,05-0,5 и не более 1/4 для приборов классов точности 1,0-5,0. При этом вариация показаний образцового прибора также не должна превышать половины предела допускаемой абсолютной основной его погрешности.

Для всех поверяемых приборов допускается соотношение не более 1/2,5, но при этом необходимо вводить поправки к показаниям образцового средства измерения.

В случае поверки прибора методом непосредственного сличения, когда в качестве образцового прибора используется прибор того же вида, что и поверяемый, необходимый класс точности образцового

где Ко и Кп – числовое обозначение класса точности образцового и поверяемого приборов, XNо и ХNп – их нормирующие значения.

6

Ес-ли неравенство (1-1) выполняется, то прибор класса Ко подходит

вкачестве эталонного.

Вслучае использования в качестве образцового средства измерения цифрового прибора или калибратора выбор его по погрешности осуществляется в следующей последовательности:

 Шаг 1. Вычисляют предел допускаемой основной абсолютной погрешности поверяемого прибора.

 Шаг 2. Результат шага 1 умножают на п.

 Шаг 3. Вычисляют предел допускаемой основной погрешно-

где о – предел допускаемой относительной погрешности цифровых приборов и калибраторов, который задают формулой

где Xко – конечное значение диапазона измерения, c и d – постоянные числа, записанные в технической документации для соответствующего диапазона измерения, Х – значение измеряемой или воспроизводимой величины. Поскольку пределы допускаемой основной погрешности цифрового прибора и калибратора зависят от значения измеряемой или воспроизводимой величины, то расчет погрешности следует производить для значения, равного нормирующему значению поверяемого прибора ХNп, то есть следует при-

нять Х = ХNп .

 Шаг 4. Сравнивают результат шага 3 с результатом шага 2 и делают заключение о возможности использования данного цифрового прибора или калибратора в качестве эталонного средства измерения. Если неравенство (1-1) выполняется, то цифровой прибор или калибратор подходит в качестве эталонного.

При поверке методом непосредственного сличения на постоянном токе приборов магнитоэлектрической системы в качестве эталонных применяют приборы этой же системы, а при поверке приборов других систем – приборы электродинамической или электромагнитной системы.

Задача 1.4. Для поверки методом непосредственного сличения амперметра типа М231 класса точности 1,5 на диапазоне 5-0-5 А

7

необходимо выбрать эталонный амперметр. Рассмотрите возможность использования амперметра типа М1104 класса точности 0,2 с диапазоном измерения 0-7,5 А в качестве эталонного прибора.

Решение. За соотношение пределов допускаемой основной погрешности амперметров примем п 0,2. Рассчитаем необходимый класс точности эталонного амперметра по формуле (1-2)

Ко 0,2 1,5 10/ 7,5 = 0,4,

где 7,5 А - нормирующее значение эталонного амперметра, норми-

Сравнив класс точности 0,2 амперметра М1104 с расчетным значением 0,4, делаем заключение о возможности использования амперметра М1104 в качестве эталонного для поверки амперметра М231.

Задача 1.5. Предстоит поверить вольтметр переменного тока электромагнитной системы класса точности 2,0 с диапазоном измерения 0-50 В. Рассмотрите возможность использования вольтметра типа Д574/2 класса точности 0,2 с диапазоном измерения 0-75 В в качестве эталонного прибора для поверки методом непосредственного сличения. Соотношение пределов допускаемых основных погрешностей примите не более 1/5.

Ответ. Можно. Вольтметр Д574/2 электродинамической системы (буква «Д»). Число, обозначающее класс точности эталонного прибора, должно быть не более 0,26.

Задача 1.6. Предстоит поверить ваттметр переменного тока электродинамической системы класса точности 1,0 с номинальными значениями тока 5 А, напряжения 300 В, коэффициента мощности 1,0. Определите возможность использования ваттметра типа Д580/1 (класс точности 0,2, номинальные значения тока 10 А, напряжения 300 В и коэффициента мощности 1,0) в качестве эталонного прибора при поверке методом непосредственного сличения.

Указание к решению. Конечное значение диапазона измерения ваттметров определяется как произведение номинальных значений тока, напряжения и коэффициента мощности.

Ответ. Нельзя.

8

Задача 1.7. Для поверки вольтметра класса точности 1,0 с диапазоном измерения 0–60 В требуется выбрать эталонный из предлагаемых четырех вольтметров, класс точности и диапазон измерения которых таковы: 1) 0,2 и 0–75 В, 2) 0,1 и 0–50 В, 3) 0,1 и 0–150 В, 4) 0,2 и 0–60 В. Который из них подходит для этого?

Ответ. Четвертый.

Задача 1.8. Необходимо поверить на постоянном токе магнитоэлектрический амперметр типа М336. Какой из предлагаемых амперметров типа Д5017 или типа М2018 следует использовать в качестве эталонного?

Методические указания. При затруднениях см. ГОСТ 8.497-83,

п. 2.9.

Задача 1.9. Предстоит поверка вольтметра М2004 класса точности 0,2 с конечными значениями диапазона измерения 1,5; 3,0; 7,5; 30,0; 75,0; 150,0; 300,0 В. Выясните, подойдет ли в качестве эталонного цифровой интегрирующий вольтметр типа Щ1516, диапазоны и соответствующие классы точности которого приведены в таблице.

Решение.

Примем соотношение погрешностей п = 1/5, то есть абсолютная погрешность эталонного вольтметра должна быть не более 1/5 абсолютной погрешности поверяемого вольтметра

о0,2 п .

Шаг 1. Вычисляем абсолютную погрешность поверяемого вольтметра для диапазона 1,5 В.

п = 0,01КпХNп = 0,01 0,2 1,5 = 0,003 В .

Шаг 2. Разделим результат на 5, получим 0,0006 В.

9

Шаг 3. Вычислим по формуле (1-4) предел допускаемой относительной погрешности цифрового вольтметра. Соответствующим для поверяемого вольтметра является третий диапазон цифрового вольтметра, где c = 0,01, d = 0,005, Uк = 5 В.

о= 0,01 + 0,005 (5/1,5 - 1) % = 0,022 % .

ипредел допускаемой абсолютной погрешности цифрового вольтметра по формуле (1-3)

о = 0,01 0,022 1,5 В = 0,00033 В.

Шаг 4. Сравним результат шага 3 с результатом шага 2

0,00033 < 0,0006

Поскольку неравенство (1-1) выполняется, то цифровой вольтметр Щ1516 подходит в качестве эталонного для поверки вольтметра М2004 на рассмотренном диапазоне.

Методические указания. Аналогичным образом решается задача для остальных диапазонов вольтметра М2004.

Задача 1.10. Для поверки методом непосредственного сличения на переменном токе вольтметра типа Э316 был выбран в качестве зталонного цифровой вольтметр типа Ф4850. У вольтметра Э316 класс точности 1,5, диапазоны измерений 15 – 300 В и 30 – 600 В, нормальная область частот 45 – 60 Гц. У вольтметра Ф4850 нормальная область частот 30 – 1000 Гц, диапазон измерений от 0 до 1000В, предел допускаемой погрешности, в процентах, вычисляют по формуле 0,3 + 0,2(Uк/U – 1) , где Uк – конечное значение диапазона измерения, U – значение измеряемого напряжения. Определите, правильно ли сделан выбор, если принять соотношение погрешностей не более 0,2.

Ответ. Неправильно.

Задача 1.11 Для поверки миллиамперметра типа М2051 методом прямого измерения был выбран калибратор универсальный типа Н4-6. Класс точности миллиамперметра 0,2, конечные значения диапазонов измерений 0,75; 1,5; 3,0; 7,5; 15; 30; 75; 150 и 300 мА.

Калибратор Н4-6 в режиме воспроизведения силы постоянного тока

10