Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверка средств измерений электрических величин. Учебное пособие
.pdf
101
равным или в десять раз большим номинального значения ступени поверяемой
декады.
Это требование обусловлено тем, что номинальное значение эталонного
резистора выражается формулой
n
101
, а номинальные значения сопротивлений
ступеней декад магазина —
( )
n
10111
, где n — целое число.
При определении погрешности каждой ступени магазина сопротивления
из результата измерения предварительно вычитается среднее значение начального сопротивления.
Погрешности ступеней не должны превышать предельно-допустимых
значений, которые рассчитываются по формуле (4.1) или (4.2).
Например, проверяется магазин P314, выпущенный до принятия
ГОСТ 23737-90. Это штепсельный шестидекадный (
6=m
) магазин сопротивления класса 0,1, с дискретностью 0,1 Ом.
Измеренное среднее значение начального сопротивления равно
оср
0,03R =
Ом.
При измерении ступени с номинальным сопротивлением
Ом20
н
=R
, по-
лучено значение
изм
20,01R =
Ом.
Действительное значение данной ступени равно:
д изм оср
20,01 0,03 19,98R R R= − = − =
Ом.
Относительная погрешность ступени:
нд
н
20 19,98
δ 100 % 100 % 0,1 %
20
RR
R
−
−
= = =
.
Допустимая погрешность определяется по формуле (4.2) и соответ-
ствующей таблице:
доп
6
δ 0,1 0, 04 0,112 %
20
m
cd
R
= + = + =
.
Так как
доп
δδ
, то можно переходить к измерению следующей, более вы-
сокой ступени данной декады, вплоть до последней ступени высшей декады.
102
Ограничиться проверкой только полных сопротивлений декад нельзя, так как
при наличии даже бракованных ступеней внутри декады сопротивление всей
декады может быть в пределах допуска.
Поэлементный способ поверки предполагает определение действитель-
ного значения сопротивления каждой ступени всех декад магазина сопротивления. Для этого в конструкции магазина предусмотрена возможность подключения эталонного измерителя сопротивления как по двухзажимной, так и по
четырехзажимной схеме (двойной мост, потенциометр). Выбор метода измерения действительного значения сопротивления зависит от номинального значения сопротивления проверяемой ступени. Так, резисторы сопротивлением 50
Ом и менее измеряются с помощью двойного моста или косвенным методом с
помощью потенциометра, путем сравнения с равновеликой мерой.
Поскольку поэлементной поверке подвергаются магазины класса точности 0,02 и выше, эталонные средства измерения должны иметь класс точности
0,01 и выше.
Погрешность сопротивления каждой ступени декад, относительно номи-
нального значения определяются по формуле
нд
н
δ 100 %
RR
R
−
=
, а предельно
допустимое значение
доп
δ
— по формуле (4.1).
Из этой формулы видно, что при поверке младших декад (единицы и ме-
нее) требования к точности эталонных средств измерения менее жесткие.
Для примера рассмотрим поверку магазина сопротивления МСР-60М
класса точности
5
102/02,0
−
с максимальным сопротивлением 11111,1 Ом.
При измерении действительного сопротивления первой ступени декады
(десятки ом) получено значение
995,9
Д
=R
Ом.
Погрешность данной ступени:
нд
10
н
10 9,995
δ 100 100 0,05 %
10
RR
R
−
−
= = =
.
Предельно допустимое значение погрешности для проверяемой ступени
определим по формуле (4.1):
103
5
доп10
11111,1
δ 0,02 2 10 1 0, 042 %
10
−
= + − =
.
Так как
доп1 010
δδ
, магазин бракуется.
Для выполнения поэлементной поверки в комплекте магазина МСР-60М
имеется сменная четырехконтактная щетка (рис. 4.2), которая устанавливается
вместо штатной щетки на декадный переключатель.
Рис. 4.2. Фрагмент декады (×10 Ом) при измерении
сопротивления первой ступени
104
ГЛАВА 5. ПОВЕРКА ПРИБОРОВ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ
По составу поверочного оборудования и характерным операциям, выполняемым при определении погрешности поверяемого прибора, можно выделить
две группы методов поверки: методы, основанные на использовании ЭСИ
(группа 1, рис. 5.1а), и методы, основанные на использовании эталонных мер
электрических величин (группа 2, рис. 5.1б).
Абсолютная погрешность поверяемого прибора в этих случаях определяется следующим образом:
эсипп
XX −=
(см. рис. 5.1а),
мерыпп
XX −=
(см. рис. 5.1б).
5.1. ПОВЕРКА АМПЕРМЕТРОВ И ВОЛЬТМЕТРОВ
МЕТОДОМ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО СЛИЧЕНИЯ
С ЭТАЛОННЫМИ ПРИБОРАМИ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ
Методы I группы наиболее простые, а потому и самые распространенные.
Эти методы реализованы и в неавтоматизированных поверочных установках.
К недостаткам методов I группы следует отнести большую трудоемкость
и необходимость большого парка эталонных приборов.
Основной НД, устанавливающей требования к условиям, методам и сред-
ствам поверки аналоговых амперметров, вольтметров и ваттметров, является
ГОСТ 8.497-89 «Амперметры, вольтметры, ваттметры, варметры. Методы и
средства поверки».
Рис. 5.1. Методы поверки
105
Стандарт устанавливает основные требования к ЭСИ, оставляя работ-
никам метрологических служб достаточно широкие возможности для выбора
метода поверки и вида эталонной аппаратуры.
Выбор метода поверки и вида ЭСИ для каждой поверочной лаборатории
определяется техническими и экономическими факторами, такими как обеспечение необходимого соотношения точности поверяемых приборов и ЭСИ;
наличие комплекта ЭСИ, согласованных со всей номенклатурой поверяемых
приборов по диапазонам измерений и частот; объем поверочных работ; квалификация персонала и т. п.
Рассмотрим различные схемы поверки амперметров и вольтметров методом непосредственного сличения показаний поверяемого и эталонного приборов. Одна из таких схем приведена на рис. 5.2. Здесь ИН — регулируемый источник напряжения.
В этом случае погрешность вычисляется следующим образом:
эпп
UU −=
.
Представленная схема служит для поверки вольтметров постоянного и
переменного напряжения, когда пределы измерения поверяемого и эталонного
вольтметров одинаковы.
Для поверки амперметров с одинаковыми пределами измерений (поверяемого и эталонного) используется следующая схема включения (рис. 5.3), здесь
ИТ — регулируемый источник тока.
В этом случае погрешность равна:
эпп
II −=
.
Для поверки вольтметров и амперметров постоянного тока в случае отсутствия эталонного амперметра с такими же пределами измерений, как у поверяемого прибора, используются соответствующие схемы поверки (рис. 5.4а, б).
Рис. 5.3. Схема поверки амперметра
Рис. 5.2. Схема поверки вольтметра
106
Находят применение косвенные методы поверки, например, поверка ам-
перметра с помощью эталонного резистора
э
R
и эталонного милливольтметра
э
mV
(рис. 5.5).
Погрешность в этом случае равна:
э
э
пп
R
U
I −=
.
Для расширения пределов измерений эталонных приборов на переменном
токе применяют схемы с использованием эталонных трансформаторов напряжения и тока (рис. 5.6а, б).
Рис. 5.4. Схемы поверки вольтметров и амперметров
постоянного тока. МПэ — масштабный преобразователь
Рис. 5.5. Схема косвенного метода поверки амперметра
107
Поверяемые и эталонные приборы, изображенные на рис. 5.2–5.5, можно
по необходимости поменять местами. При этом погрешности масштабных преобразователей учитываются в показаниях тех приборов, с которыми они включены.
5.2. ВЫБОР ЭТАЛОННЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Существенное повышение точности поверки, расширение номенклатуры
поверяемых приборов и снижение субъективных погрешностей достигается
при использовании в качестве ЭСИ цифровых измерительных приборов.
Цифровые вольтметры постоянного тока, классов точности 0,005–0,05
в сочетании с образцовыми сопротивлениями класса 0,01 обеспечивают поверку практически всех типов аналоговых вольтметров и амперметров. На переменном токе цифровые вольтметры позволяют поверять вольтметры класса
0,2 и ниже.
Необходимо иметь в виду, что механическая замена в поверочной аппаратуре аналогового ЭСИ на цифровой недопустима. При такой замене должны
быть учтены особенности применения цифрового прибора в качестве ЭСИ.
Основная погрешность цифровых приборов (ЦП) соответствует нормированной только после указанного в техдокументации времени прогрева и последующей установки нуля и калибровки. В течение времени прогрева погрешность ЦП может изменяться в несколько раз. Установка нуля аналоговых приборов, кроме электронных приборов, производится до прогрева, а их погрешность в ходе прогрева изменяется незначительно.
Рис. 5.6. Схемы поверки с использованием эта-
лонных трансформаторов напряжения и тока
108
Цифровые вольтметры, как правило, обладают высоким входным сопротивлением (105–109 Ом), в связи с чем они подвержены влиянию маломощных
помех и наводок на входную цепь, которые не вызывают изменений показаний
поверяемого аналогового прибора.
Наличие импульсных помех проявляется в виде хаотичных изменений
показаний цифрового прибора, особенно при приближении рук поверителя или
касании корпуса прибора.
В зависимости от диапазона частот и мощности источника помех применяют различные методы борьбы с ними. Наиболее распространенными являются использование источников напряжения с низким выходным сопротивлением, применение разделительных сетевых трансформаторов с отдельными экранированными обмотками для питания эталонного ЦП и прочей аппаратуры, а также тщательное заземление корпусов и экранов всех узлов аппаратуры.
Независимо от выбранного метода поверки и эталонной аппаратуры соотношение пределов допускаемой абсолютной погрешности ЭСИ и поверяемых амперметров, вольтметров и ваттметров должно быть 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. При этом вариация показаний ЭСИ
не должна превышать половины предела допускаемой основной погрешности.
Если имеющиеся в поверочной лаборатории ЭСИ позволяют получать лучшие
соотношения точностей, то поверку желательно производить при соотношении
1 : 5. В этом случае дополнительных требований к вариации показаний ЭСИ
не предъявляется (ГОСТ 8.497-83).
Часто указанные соотношения выбираются по отношению чисел, обозначающих классы точности приборов. Это возможно лишь при равенстве пределов измерения эталонного и поверяемого приборов, так как предельно допустимая абсолютная погрешность (
доп
), класс точности (K) и предел измерения
(
н
A
) связаны между собой в соответствии с формулой:
н
доп
K
100
A
=
.
При использовании в качестве эталонного цифрового прибора необходимо учесть специфику определения относительной погрешности ЦП.
Как известно, предельные значения относительной погрешности ЦП
определяются по формуле:
109
к
δ1
А
cd
А
= + −
%,
где с и d — постоянные коэффициенты, указанные в ТД;
к
А
— предельное значение, используемого диапазона измерений;
A
— измеренное значение.
Таким образом, предельное значение погрешности, применительно к ЦП
зависит от выбранного предела измерения и соотношения
к
А
A
.
Эталонный прибор выбирается таким образом: если оба прибора цифровые, то можно выбирать ЦПэ по соотношению коэффициентов с; если эталонный прибор — цифровой, а поверяемый — аналоговый, то ЦПэ выбирается
с учетом (ГОСТ 8.497-83) по соотношению
э
п
δ
δ
где
э
δ
— предельное значение
относительной погрешности ЦПэ,
п
δ
— предельное значение относительной
погрешности аналогового поверяемого прибора.
При выборе используемого предела измерения ЦПэ (
к
А
), равного пределу
поверяемого прибора (
п
А
), соотношение
э
пп
δ
δ К
c
=
, где
п
К
— класс точности
поверяемого аналогового прибора.
При уменьшении значений (А), соотношение
э
п
δ
δ
уменьшается, что соот-
ветствует требованиям ГОСТа.
При выборе эталонного прибора необходимо учитывать наличие пульсаций на выходе источников тока (напряжения). Так, например, если при поверке магнитоэлектрического прибора в качестве эталонного прибора выбран
электродинамический прибор, то при наличии переменной составляющей
(пульсаций) на выходе источника получим ложный вывод о пригодности поверяемого прибора.
Известно, что магнитоэлектрические приборы измеряют постоянную составляющую измерительного сигнала, а электродинамические приборы измеряют действующее значение, т.е. будут показывать завышенное значение по сравнению с магнитоэлектрическими приборами.
При поверке на переменном токе и наличии нелинейных искажений выходных сигналов источников, также можно получить ложный результат.
Например, поверяется выпрямительный (или аналоговый электронный)
прибор по эталонному электродинамическому прибору.
110
Выпрямительный прибор измеряет среднее по модулю значение, а элект-
родинамический — действующее. Разница в показаниях будет тем больше, чем
больше отличается форма питающего тока (напряжения) от синусоидальной.
При выборе того или иного метода поверки необходимо учитывать методическую погрешность, зависящую от способа соединения приборов и источников, от потребляемой мощности приборами, от сопротивления соединительных проводов.
Результирующая методическая погрешность соединительных проводов
должна быть меньше 0,05
п
K
, при сопротивлении:
4
пр п V
5 10 KRR
−
, (5.1)
где
V
R
— входное сопротивление вольтметра.
В противном случае она должна быть учтена при определении окончательной погрешности измерения.
ГОСТ 1609-67 рекомендует применять калиброванные провода сопротив-
лением 0,035 Ом. Однако при поверке точных приборов и обеспечения соотношения (5.1) могут потребоваться провода с меньшим сопротивлением.
При поверке вольтметров методом сличения возможны две схемы подключения приборов (рис. 5.7).
По схеме (см. рис. 5.7а) каждый вольтметр подключается к источнику
своей парой соединительных проводов с сопротивлениями
пр1
R
и
пр2
R
.
Показания приборов будет отличаться от значения (U) на величину падения напряжения на
пр1
R
,
пр2
R
, а оно зависит от потребляемой мощности при-
боров.
Рис. 5.7. Схемы подключения вольтметров
к источнику напряжения
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]