Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверка средств измерений электрических величин. Учебное пособие
.pdf
111
В схеме (см. рис. 5.7б) на результат измерения будет влиять падение
напряжения лишь на
пр2
R
, так как
пр1
R
входит в цепь источника и измеряется
напряжение на приборе
1
V
.
Для снижения требования к величине сопротивления проводов
пр2
R
(воз-
можность использования более тонких и более длинных проводов) в качестве
2
V
используется прибор (поверяемый или эталонный) с бóльшим входным со-
противлением (меньшей потребляемой мощностью).
При измерениях на переменных токах (особенно на высоких частотах)
необходимо учитывать индуктивность и емкость проводов.
Пределы измерений ЭСИ и ПП желательно иметь одинаковые. Могут использоваться ЭСИ с большим пределом измерений, чем у ПП, но в этом случае
они должны иметь более высокий класс точности. Класс точности ЭСИ, когда
он применяется без отдельных МП, можно рассчитать по формуле:
эси
пп
ппэси
KαK
N
N
Х
Х
,
где К
эси
и Кпп — классы точности ЭСИ и ПП соответственно;
α — требуемое соотношение между погрешностями ЭСИ и ПП (1:5; 1:4
или 1:3);
Х
Nэси
и Х
Nпп
— нормирующее значение ЭСИ и ПП соответственно.
Для обеспечения поверки только на постоянном токе всех видов выпускаемых вольтметров необходим комплект эталонных вольтметров, имеющих
примерно 50 поддиапазонов. Такие же комплекты необходимы и для поверки
вольтметров на переменном токе и для поверки амперметров на постоянном и
переменном токе.
Применение ЭСИ совместно с МП позволяет сократить число ЭСИ,
при этом необходимо иметь в виду, что относительная погрешность ЭСИ в данном случае определяется геометрической суммой относительных погрешностей МП и прибора.
При поверке приборов на переменном токе выбор типа ЭСИ определяется
диапазоном частот и коэффициентом формы kф кривых тока и напряжения.
В области частот до 500 Гц при выборе ЭСИ предпочтение следует отдать электродинамическим приборам классов точности 0,1; 0,2 как наиболее точным
(Д5054, Д5055 и др.).
112
Электронные ЭСИ используются преимущественно при поверке милливольтметров и миллиамперметров переменного тока.
В зависимости от выбранной системы ЭСИ существенное влияние на результат поверки может оказать искажение формы кривых напряжения и тока.
5.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНОЙ ПОГРЕШНОСТИ И ВАРИАЦИИ
Рассмотренные методы поверки применяются при поверке приборов
классов точности 1,0–5,0.
Как известно класс точности — это обобщённая метрологическая харак-
теристика, которая нормирует предельно допустимую основную погрешность
конкретного прибора.
Согласно ГОСТ 8.401-80 класс точности обозначается положительным
числом, выбираемым из ряда:
1 10
n
;
1,5 10
n
2 10
n
;
2,5 10
n
;
4 10
n
;
5 10
n
;
6 10
n
;
(n=1, 0, и –1, и –2 и т.д.).
Как было отмечено в первой главе состояние приборов, находящихся
в эксплуатации, определяется по результатам периодической поверки или калибровки. Поскольку методика определения погрешностей при обеих операциях одинакова, они рассматриваются параллельно.
Поверка проводится в нормальных условиях: при температуре окружающего воздуха (20 ± 2) °C — для приборов классов точности 0,05–0,5;
(20 ± 5) °C — для классов точности 1,0–5,0; относительной влажности воздуха
30–80 % и атмосферном давлении 84–106 кПа.
Если приборы перед поверкой находились при других условиях, то они
должны быть выдержаны в нормальных условиях в соответствии с ТД
на конкретный прибор.
Приборы, отградуированные с калиброванными проводами, проверяются совместно с этими проводами или с сопротивлением эквивалентным сопротивлению проводов.
Универсальные приборы проверяются на постоянном и переменном токе
(электродинамические приборы с рабочей частотой до 100 Гц допускается поверять только на постоянном токе).
Приборы переменного тока поверяют на частоте 50 Гц, если эта частота
входит в диапазон нормальных частот. Если не входит, то поверяют
при частоте
кн
f f f=
,
113
где
к
f
— конечная частота диапазона;
н
f
— начальная частота диапазона.
Например: нормальный диапазон частот 100–1000 Гц. Поверочная частота
23
10 10 316 Гцf = =
.
Поверка приборов осуществляется при нормальном положении в пространстве. Для приборов, имеющих нормальное положение, отличное от горизонтального или вертикального, применяют специальные угловые подставки.
Однопредельные приборы поверяют по всем числовым отметкам шкал.
Если число таких отметок более 10, то поверяют пять отметок, расположенных
равномерно по длине шкалы.
Многопредельные приборы допускается поверять по всем (или пяти)
отметкам лишь для одного (основного) диапазона измерений, на других (дополнительных) диапазонах поверку проводят на двух отметках шкалы: на предельной отметке (отметке, соответствующей пределу диапазона измерений) и на отметке, на которой получена максимальная погрешность основного диапазона,
если все погрешности одного знака.
Если погрешности имеют разные знаки, то для выбора второй отметки
шкалы используется следующий приём.
Если погрешность, соответствующая предельной отметке дополнительного диапазона, увеличилась (с учётом знака) по сравнению с погрешностью
на предельной отметке основного диапазона, то за вторую отметку дополнительного диапазона принимают отметку шкалы, на которой была максимальная
погрешность того же знака, что и на предельной отметке.
Если погрешность уменьшилась (особенно со сменой знака), за вторую
отметку принимают отметку с максимальной погрешностью противоположного
знака.
Данный приём основан на предположении, что погрешности на всех точках шкалы изменяются одинаково: либо все увеличиваются, либо уменьшаются.
Такое поведение погрешности связано с тем, что при смене предела измерения измерительный механизм с присущими ему погрешностями не меняется,
а изменяются встроенные масштабные преобразователи. Наличие погрешности
коэффициента преобразования приводит к изменению погрешностей для всех
точек шкалы.
Поскольку предельно допускаемая погрешность ограничивает некоторую
область значений погрешностей (
д
, рис. 5.8а), то максимальные значения по-
грешностей, лежащие внутри этой области на основном диапазоне, могут выйти
114
за её пределы при увеличении или уменьшении погрешности на предельной
отметке шкалы.
Как видно на рис. 5.8б при возрастании погрешности в точке 4 погрешность в точке 2 превышает допустимую, а при убывании погрешности
в точке 4, погрешность в точке 3 превышает допустимую (рис. 5.8в).
Поверка на дополнительных диапазонах проводится, если погрешности
на основном диапазоне не превысили предельные значения. Аналогично, если
на предельной отметке дополнительного диапазона погрешность в норме, она
поверяется на второй отметке внутри диапазона.
Перед определением основной погрешности указатели приборов устанавливают корректором на нулевую отметку и прогревают для установления рабочего температурного режима. Приборы прогревают при номинальной нагрузке:
щитовые — 15 мин.; термоэлектрические — 5 мин.; электронные — в соответствии с инструкцией. Переносные приборы не прогреваются.
При определении основной погрешности указатель поверяемого прибора плавно подводится к проверяемым отметкам шкалы сначала с левой стороны
до конечной отметки, затем, дав небольшую перегрузку, — с правой стороны.
Рис. 5.8. Графики погрешностей
115
Дойдя до нуля и выключив ток или напряжение, определяют остаточное
отклонение указателя от нулевой отметки. Для большинства приборов остаточное отклонение не должно превышать значение
100
KL
=
,
где K — класс точности прибора;
L — длина шкалы в миллиметрах (берется из паспорта прибора).
Основную приведенную погрешность для каждой отметки шкалы вычис-
ляют по формуле:
N
А
АА
дп
−
=
%,
где
п
А
— значение измеряемой величины по показанию поверяемого прибора;
д
А
— действительное значение измеряемой величины, по показанию эта-
лонного прибора;
N
А
— нормирующее значение.
Поскольку предельное значение приведенной погрешности равно классу
точности, контроль погрешности прибора можно вести по предельному значению абсолютной погрешности, определив её как:
100
К
н
доп
А
=
,
где
н
А
— номинальное значение (предельное значение диапазона).
Для каждой поверяемой отметки шкалы записывают два действительных
значения: при подходе указателя слева
дл
А
и справа
дп
А
. Затем определяют два
значения абсолютной погрешности
длнл
АА −=
,
дпнп
АА −=
и вариацию
плдпдл
−=−= ААP
.
Ни одного из полученных значений погрешностей и вариации не должно
быть больше
доп
.
Если требуется определить поправку (П) к показаниям поверяемого
прибора (при калибровке), то за действительное значение принимается среднее
116
значение двух показаний эталонного прибора
дл дп
д
2
АА
А
+
=
, при этом
( )
пд
П АА= − = − −
.
При калибровке приборов класса 1,0 и менее точных погрешность поверяемого прибора удобно выражать в делениях эталонного прибора.
Для этого абсолютное значение допускаемой основной погрешности выражают также в деления шкалы эталонного прибора:
пэ
доп.п
К
100
А
=
,
где
п
К
— класс точности поверяемого прибора;
э
А
— число делений шкалы эталонного прибора, соответствующее нор-
мирующему (номинальному) значению шкалы поверяемого прибора.
Пример. Поверяется вольтметр класса 1,0 с пределом измерений 100 В
(
пN
А
) с помощью эталонного вольтметра класса 0,2 с пределом измерения
150 В (
эN
А
). Шкала эталонного вольтметра разбита на 150 дел. Тогда допустимая
погрешность поверяемого вольтметра рассчитывается следующим образом:
п max
э
э
α
100 150
100 дел.
150
N
N
А
A
A
= = =
доп.п
1,0 100
1,0 дел.
100
= =
5.4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ КЛЕЩИ И ИХ ПОВЕРКА
Измерительные клещи представляют собой переносные многопредельные
и многофункциональные измерительные устройства с непосредственным отсчётом, предназначенные для измерения токов, напряжений, мощностей и сдвига
фаз, без разрыва токовой цепи. Конструктивно они выполнены как измерительный трансформатор тока c разъёмным сердечником и закрепленным на нём
(или выносным) измерительным прибором (аналоговым или цифровым), проградуированным в измеряемых величинах.
Две половины сердечника с расположенными на них вторичными обмот-
ками одними концами соединены шарнирно и сжаты между собой пружиной.
Свободные концы сердечника с помощью специального рычага или двух изо-
117
лированных ручек (у высоковольтных клещей) могут раздвигаться и охватывать провод (шину) с измеряемым током. Сердечник снаружи изолирован
(кроме плоскостей стыка) в соответствии с напряжением цепи, где измеряется
ток. На токи свыше 1000 А применяют гибкие клещи кольцеобразной формы,
не содержащие ферромагнитного сердечника. Клещи с выносным измерителем
используются до 650 В, с встроенным измерителем — до 10 кВ.
Клещи с цифровым измерителем позволяют запомнить измеренные значения, что значительно упрощает измерения в труднодоступных местах.
Измерительные клещи имеют сравнительно низкие классы точности
(1,0; 1,5; 2,5; 4,0) и применяются в основном для контрольных измерений токов.
Поверка измерительных клещей с аналоговым измерителем выполняется
аналогично поверке амперметров, вольтметров, ваттметров, с той лишь разницей, что источником измеряемого тока служит специальный индуктор в виде
катушки, витки которой охватывает сердечник клещей.
Например, индуктор, содержащий 100 витков провода, при пропускании
по проводу тока в 5 А, эквивалентен шине с током 500 А.
Поверочная установка может содержать несколько индукторов, охватывающих определенный диапазон измеряемых токов. Поверочная установка Wavetek 910 c помощью двух индукторов охватывает диапазон измеряемых токов
от 0,1 до 1000 А.
Перед определением основной погрешности производится размагничивание сердечника клещей путем пропускания через индуктор номинального
значения синусоидального тока и плавного снижения его до нуля.
Указатель аналогового измерителя клещей устанавливается на проверяемую отметку шкалы регулировкой тока в индукторе. Действительное значение измеряемого тока, определяют, измерив ток индуктора эталонным амперметром и умножив его показания на коэффициент индуктора (число витков катушки).
Абсолютное значение основной погрешности определяют по формуле:
( )
дп
II −=
,
где
п
I
— показания измерителя клещей;
118
nII =
эд
— действительное значение измеряемого тока (
э
I
, n — соот-
ветственно показание эталонного амперметра и коэффициент индуктора).
Затем сравнивается с предельным значением погрешности:
100
К
н
пред
I
А
=
,
где К — класс точности клещей;
н
I
— номинальное значение предела измерения.
5.5. ПОВЕРКА АМПЕРМЕТРОВ И ВОЛЬТМЕТРОВ
НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ МЕТОДОМ СЛИЧЕНИЯ
С ЭТАЛОННЫМИ ПРИБОРАМИ СРАВНЕНИЯ
Для поверки наиболее точных приборов на постоянном токе в качестве
ЭСИ используют приборы сравнения: потенциометры постоянного тока
(ЭППТ) или компараторы постоянного напряжения. Принципиальных различий
между ними нет.
Определение погрешности вольтметров выполняется по схемам, изображенным на рис. 5.9а, рис. 5.9б.
Первая из них применяется в тех случаях, когда предел измерений ПП
не превышает предела измерений ЭСИ (ЭППТ). Напряжение от регулируемого
Рис. 5.9. Схемы для определения погрешно-
стей вольтметров
119
источника напряжений ИН подается на поверяемый вольтметр и измеряется
ЭППТ. Погрешность определения действительного значения напряжения будет
складываться из погрешностей ЭППТ и нормального элемента НЭ.
Если предел измерений поверяемого вольтметра больше предела измерений ЭППТ, то применяют цепь по схеме на рис. 5.9б. В этом случае напряжение, поданное на поверяемый вольтметр, делится при помощи делителя напряжения ДН до значения, меньшего предела измерений ЭППТ, и затем измеряется
с помощью последнего. Погрешность определения действительного значения
напряжения будет складываться из погрешностей ЭППТ, НЭ и ДН.
Определение погрешности амперметра выполняется путем косвенного
измерения действительного значения тока, протекающего через поверяемый
прибор. Последовательно с поверяемым амперметром включают меру сопротивления и измеряют падение напряжения на ней с помощью ЭППТ. Действительное значение тока через поверяемый амперметр рассчитывают по закону
Ома. Погрешность будет складываться из погрешностей ЭППТ, НЭ и меры сопротивления.
Номинальное значение сопротивления меры должно быть таким, чтобы
падение напряжения на ней при максимальном токе в поверяемом амперметре
было близким к пределу измерений ЭППТ.
5.6. ПОВЕРКА АМПЕРМЕТРОВ И ВОЛЬТМЕТРОВ
НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ МЕТОДОМ СЛИЧЕНИЯ
С ЭТАЛОННЫМИ ПРИБОРАМИ СРАВНЕНИЯ
Для поверки приборов на переменном токе в звуковом диапазоне частот
в качестве ЭСИ используют приборы сравнения, называемые компараторами
электрических величин переменного тока. Компараторы позволяют сравнить
действующее значение переменного напряжения и тока с постоянным напряжением или током, которые могут быть измерены с высокой точностью.
Компараторы применяются в основном для поверки точных приборов
классов точности 0,1; 0,2; 0,5 и предназначенных только для измерений
на переменном токе. Менее точные приборы также могут поверяться с помощью компаратора. При этом действительные значения измеряемых величин
на постоянном токе определяются по эталонным приборам прямого действия.
Для согласования пределов поверяемых приборов и компараторов в це-
пях переменного тока используют эталонные измерительные трансформаторы
тока и напряжения. При поверке приборов с малыми пределами измерений
120
можно применять косвенные методы измерения с использованием эталонных
катушек сопротивления в цепях постоянного и переменного тока. При использовании масштабных преобразователей необходимо учитывать их погрешности
на частоте измерений.
В практике поверочных работ наибольшее распространение получили
термоэлектрические компараторы разновременного сравнения, на базе которых
созданы поверочные установки У3551, УПМА-3, УППУ-1М.
Принцип действия и применение термоэлектрических компараторов изло-
жены в разделе 2.3.2.
5.7. ПОВЕРКА АМПЕРМЕТРОВ И ВОЛЬТМЕТРОВ ПРИ ПОМОЩИ
КАЛИБРАТОРОВ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Калибратор — это источник с ручным или программным управлением,
на выходе которого с заданной дискретностью и погрешностью воспроизводятся значения напряжения или тока. Калибраторы могут быть универсальными или специализированными.
Универсальные калибраторы позволяют воспроизвести любое значение
напряжения внутри диапазона.
Специализированные (для поверки) калибраторы воспроизводят значительно более редкий ряд напряжений (токов), соответствующих числовым отметкам шкалы поверяемых приборов.
Особенности поверки приборов с применением калибраторов напряжения и тока. При поверке приборов с помощью калибраторов, прежде всего
должно быть обеспечено основное требование ГОСТ 8.497-89 о соотношении
пределов допускаемых абсолютных погрешностей ЭСИ (калибратора) и поверяемого прибора, которое должно быть не более 1 : 3 при поверке приборов
классов точности 0,05–0,5, и при условии, что вариация показаний ЭСИ
не превышает половины его допускаемой погрешности.
Использование калибраторов вызывает некоторые особенности в определении вариации показаний аналоговых приборов.
Это связано с тем, что при переходе от одной поверяемой точки шкалы
к другой выходной ток или напряжение калибратора изменяется скачком.
При этом указатель поверяемого прибора может остановиться либо до нужной
отметки, либо после нее в силу колебательного характера движения указателя и
наличия трения в опорах или гистерезиса упругих сил растяжки.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]