Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверка средств измерений электрических величин. Учебное пособие
.pdf
41
ляционных свойств используемых в СИ материалов под воздействием влажности окружающего воздуха и др.
Поскольку эталонные СИ имеют более жесткие требования к нормальным
условиям, они являются определяющими при поверке.
Нормальные области значений влияющих величин, характеризующих
климатические воздействия, в соответствии с ГОСТ 22261-2003 следующие:
температура окружающего воздуха (20 ± 1) °С; (20 ± 1,5) °С; (20 ± 2) °С;
(20 ± 5) °С; относительная влажность воздуха: (65 ± 15) %; атмосферное давление (100 ± 4) кПа.
Конкретные значения температуры, влажности и давления в пределах
этих областей устанавливаются в НД на СИ данного типа. Например, нормальными условиями поверки цифровых омметров Щ34 класса точности 0,5/0,1 являются: температура окружающего воздуха (20 ± 5) °С, относительная влажность воздуха от 45 до 80 %, атмосферное давление (100 ± 4) кПа.
Серьезное внимание при проведении поверки следует уделять электропитанию как поверяемого СИ, так и эталонных средств поверки. При поверке
СИ, получающих питание непосредственно от сети переменного тока общего
назначения или от автономных источников переменного тока повышенной частоты, должно обеспечиваться нормальное значение питающего напряжения,
частоты и уровня содержания высших гармоник. При поверке омметров, комбинированных электроизмерительных приборов и ряда других, получающих
питание от первичных встроенных или внешних источников электропитания
постоянного тока, необходимо, чтобы напряжение этих источников находилось
в пределах, оговариваемых в эксплуатационной документации.
Согласно ГОСТ 22261-2003, нормальной областью значений параметров
источников переменного тока являются: напряжение питающей сети
(220 ± 4,4) В для сети с частотой 50 Гц или (115 ± 2,5) В для сети с частотой
400 Гц; частота питающей сети (50 ± 0,5) Гц, (400 ± 12) Гц.
Как отмечалось выше, к числу влияющих величин, которые могут снизить достоверность результатов поверки, относятся также неинформативные
параметры входного сигнала. Неинформативным параметром входного сигнала
СИ называют параметр входного сигнала, не измеряемый поверяемым СИ, но
влияющий на его показания. Например, при поверке вольтметра переменного
напряжения неинформативным параметром будет являться частота. Если частота измеряемого напряжения будет отличаться от номинальной частоты (области
частот), то ввиду наличия у вольтметров переменного напряжения зависимости
показаний от частоты возникает дополнительная частотная погрешность,
42
учесть которую не всегда представляется возможным. При поверке выпрямительных амперметров и вольтметров, проградуированных при синусоидальном
токе (напряжении), необходимо учитывать влияние такого неинформативного
параметра как содержание высших гармоник, существенно влияющих на показания упомянутых выше приборов. Учитывая, что неинформативные параметры входных сигналов воздействуют на СИ, области их допустимых значений
обычно оговариваются в стандартах и (или) технических условиях.
Подробно требования к источникам питания изложены в разделе 2.3.4.
Подготовка к поверке. Определению погрешностей СИ должно предшествовать проведение всех предусмотренных в поверочной документации
предварительных операций по подготовке поверяемого и образцовых СИ
к выполнению измерений. Должны быть учтены все внешние по отношению
к СИ, влияющие физические величины. Ни одна внешняя влияющая величина
не должна выходить за пределы нормальных значений. Необходимо принять
меры к созданию нормальных условий применения СИ. К таким мерам, предупреждающим появление дополнительных погрешностей СИ, относятся защита
СИ от вибраций, экранировка их от тепловых потоков, от электромагнитных
полей и создание нужных климатических условий. Если перед поверкой СИ
находилось в климатических условиях, отличных от нормальных, поверку следует начинать с выдержки его в условиях, установленных для данного вида СИ.
Условия и время выдержки оговариваются в каждом конкретном случае стандартами и (или) техническими условиями. Например, меры емкости класса 0,05
и более точные перед поверкой должны находиться в нормальных климатических условиях не менее 24 часов, а класса 0,1 и менее точные — не менее 8 часов. В ряде случаев (поверка мер ЭДС, катушек сопротивления) определению
метрологических параметров должна предшествовать выдержка при строго
определенной температуре и в покое (мера ЭДС). Для обеспечения требуемого
температурного режима такие СИ еще до начала поверки должны быть помещены в термостатирующее устройство.
Во избежание возникновения дополнительных погрешностей из-за наклона всем принимающим участие в поверке СИ должно быть обеспечено нормальное положение. Если это положение не указано, то переносные приборы
принято поверять в горизонтальном положении, а щитовые — в вертикальном.
Должны быть выполнены все предусмотренные эксплуатационной документацией предварительные операции по подготовке СИ к работе: установка
корректором указателя на отметку механического нуля, установка рабочего тока, экранирование, заземление и т. п. При поверке низковольтных СИ (потен-
43
циометров, мостов) немаловажное значение имеет обеспечение требуемого сопротивления изоляции между отдельными элементами схемы и принятие мер,
исключающих влияние на результаты измерений термоконтактных ЭДС. При
поверке СИ, имеющих собственные магнитные поля, необходимо исключить
влияние внешних магнитных полей и проверить отсутствие вблизи значительных ферромагнитных масс.
До подключения схемы поверки к источникам питания следует убедиться
в том, что мощность рассеяния в отдельных элементах схемы не будет превышать допустимых значений. Особенно важно это при поверке мер сопротивления и мостов постоянного тока, параметры которых могут изменяться
в результате внутреннего тепловыделения.
Многие СИ перед поверкой должны быть подвергнуты предварительному
прогреву. Время прогрева, необходимого для выхода СИ на нормальный рабочий режим, указывается в эксплуатационной документации. Например, щитовые электроизмерительные приборы перед поверкой должны быть прогреты
при номинальной нагрузке в течение 15 мин.
2.3. МЕТОДЫ ПОВЕРКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
2.3.1. Определение и классификация
Одной из основных задач, решаемых при выполнении поверки, является
определение значения погрешности СИ или проверка, находится ли значение
погрешности СИ в заданных границах, т. е. проверка правильности передачи
размера единицы от эталона к рабочим эталонам и рабочим СИ. Совокупность
приемов использования принципов, способов и средств поверки, положенных
в основу передачи размера единицы от вышестоящих в поверочной схеме СИ
нижестоящим, получила название методов поверки. Методы поверки выби-
рают не произвольно, а в строгом соответствии с требованиями нормативных
документов. Основополагающим нормативным документом, устанавливающим
методы передачи размера какой-либо одной физической величины, является
государственная поверочная схема. Применительно к конкретным типам СИ
методы поверки, как и операции поверки, устанавливаются при их метрологической аттестации и регламентируются государственными или отраслевыми
стандартами, а также стандартами предприятий.
В основу классификации методов поверки легло применение различных
эталонных средств измерения. Методы поверки можно разделить на две груп-
44
пы, структурные схемы которых представлены на рис. 2.3. При методах первой
группы (рис. 2.3а) сигнал источника И поочередно измеряется поверяемым
(ПП) и эталонным (ЭП) приборами, методы второй группы (рис. 2.3, б) предполагают использование меры М.
Методы первой группы наиболее просты, но достаточно трудоемки и
требуют наличия большого парка эталонных приборов.
При измерении сигнала источника И применяются методы измерения:
прямые, косвенные и сравнения (компарирования).
При прямых измерениях поверяемый ПП и эталонный ЭП приборы
должны быть однотипны по роду измеряемого тока (напряжения), а при компарировании различны.
При поверке ваттметров, счетчиков используют два источника: источник
тока и напряжения.
При поверке методом компарирования используют по два источника:
два источника тока или два источника напряжения. При этом один источник
переменного тока, другой постоянного тока.
На рис. 2.4 изображена схема поверки шунта косвенным измерением сопротивления шунта
ш
R
с помощью эталонного сопротивления Rэ и потенцио-
метра постоянного тока (ППТ).
Рис. 2.3. Структурные схемы поверки по эталонным приборам (а)
и по мерам (б)
45
Потенциометром измеряют падения напряжения
ш
U
и
э
U
.
Действительное сопротивление шунта равно
э
ш
эш
U
U
RR =
.
При этом величина тока в цепи не имеет значения. Важно, чтобы она была неизменной при разновременном измерении
ш
U
и
э
U
потенциометром.
При этом используются соответствующие эталонные меры.
Методы этой группы наиболее прогрессивны и позволяют автоматизировать процесс поверки.
Каждый из перечисленных выше методов может иметь свои разновидности.
2.3.2. Разновидности методов поверки
Метод непосредственного сличения двух СИ — поверяемого и эталонного — без применения компарирующих или каких-либо других промежуточных приборов широко используется в настоящее время при выполнении
поверок различных СИ. В области электрических и магнитных измерений этот
метод применяют при определении метрологических характеристик измерительных приборов непосредственной оценки, предназначенных для измерения
тока, напряжения, частоты и ряда других электрических и магнитных величин.
В основе метода (рис. 2.5) лежит измерение одного и того же значения
физической величины Х, воспроизводимого источником сигнала 1, идентичными (по роду измеряемой величины) поверяемым 2 и эталонным 3 приборами.
Рис. 2.4. Схема поверки шунта
46
Процесс поверки в этом случае сводится к установке требуемого значения Х и последующему сравнению показаний поверяемого прибора
п
X
с показаниями эталонного прибора
э
X
и выявлению их разности
пэ
XX = −
,
равной абсолютной погрешности поверяемого прибора, с последующим приведением ее к нормированному значению
N
X
для получения приведенной по-
грешности:
100γ
=
N
X
.
У приборов с нулевой отметкой на краю шкалы за нормирующее значение принимают конечное значение диапазона измерений, у приборов с нулевой
отметкой в середине шкалы — сумму абсолютных значений пределов измерений по обе стороны от нулевой отметки.
Сравнение показаний может осуществляться при этом двумя способами.
В первом из этих способов (рис. 2.6а), получившем название способа регистрации совмещения, указатель поверяемого прибора путем изменения входного
сигнала совмещается с проверяемой отметкой шкалы, а погрешность определяется расчетным путем как разность между показанием поверяемого прибора
(ПП) и действительным значением, определяемым по показаниям эталонного
прибора (ЭП).
Рис. 2.5. Схема поверки показывающих приборов
методом непосредственного сличения
47
Достоинство этого способа состоит в том, что он дает возможность точно
определить погрешность по эталонному прибору, шкала которого обычно имеет большее число делений, а отсчетное устройство исключает ошибку отсчета
вследствие параллакса.
При втором способе (рис. 2.6, б), получившем название способа отсчитывания погрешности по шкале поверяемого прибора, номинальное для поверяемой отметки шкалы значение размера физической величины устанавливается
по эталонному прибору, а погрешность Δ определяется по расстоянию между проверяемой отметкой поверяемого прибора и его указателем. Этот способ
особенно удобен при автоматической поверке, так как позволяет одновременно поверять несколько приборов с помощью одного эталонного. Вместе
с тем нелинейность шкал аналоговых поверяемых приборов и неточность нанесения промежуточных делений делают этот способ менее точным, чем первый.
Это не относится к цифровым приборам, которым несвойственна ошибка отсчета. При их поверке второй способ дает такую же точность, как и первый.
Метод непосредственного сличения показаний достаточно прост, не требует сложного оборудования и высокой квалификации поверителя и
при соблюдении определенных условий обеспечивает хорошую достоверность
результатов поверки. Одним из этих условий является строгое соблюдение
установленного нормативными документами соотношения допускаемых погрешностей эталонного прибора и пределов допускаемых погрешностей поверяемого прибора. При разработке и сборке схемы поверки необходимо обеспечить условия, при которых оба прибора будут измерять действительно одну и
ту же величину. Учитывая и то, что в большинстве случаев пределы допуска-
емых погрешностей выражаются в виде приведенных погрешностей, очень
Рис. 2.6. Способы поверки
48
важно, чтобы верхний предел измерения эталонного прибора был равен или
лишь незначительно превышал предел поверяемого прибора. В ряде случаев с
целью согласования пределов может оказаться целесообразным применение
масштабных преобразователей.
Метод сличения при помощи компаратора. Иногда невозможно непосредственно сравнить показания измерительных приборов. Например, невозможно сравнить показания двух вольтметров, если один из них пригоден
для измерений только в цепях постоянного тока, а другой — только в цепях переменного тока. Нельзя также непосредственно сравнить размеры мер магнитных и электрических величин (магнитного потока, емкости, сопротивления
и т. п.).
Эти величины измеряют путем введения в схему поверки некоторого
промежуточного звена, получившего название компарирующего устройства
(сокращенно — компаратора), позволяющего косвенно сравнивать две однородные или разнородные физические величины. Компаратором может быть
любой прибор, одинаково реагирующий на сигнал эталонного и поверяемого
средства измерений. Наиболее часто в качестве компараторов используют мосты постоянного или переменного тока (при сличении мер сопротивления, индуктивности и емкости) и потенциометры (при сличении мер сопротивления и
ЭДС). При сличении показаний измерительных приборов, отличающихся
по роду тока, в качестве компараторов применяют различного рода измерительные преобразователи, одинаково реагирующие на оба рода тока, в сочетании с измерительным устройством, фиксирующим выходной сигнал преобразователей.
Сличение мер с помощью компарирующих устройств может осуществляться методом сравнения или методом замещения. Общим для этих методов
является выработка сигнала о наличии разности размеров сравниваемых величин. Если этот сигнал путем подбора, например, размера эталонной меры или
путем принудительного изменения ее размера будет сведен к нулю, то такая
разновидность метода противопоставления или замещения получает дополнительное наименование нулевого. Если же при одновременном воздействии на
вход компаратора размеров сличаемых мер измерительный сигнал будет указывать на наличие разности сравниваемых размеров, то такая разновидность метода противопоставления или замещения получила название дифференциального (компенсации, замещения, сравнения). Например, нулевой метод противопоставления используют при определении действительного значения сопротивления однозначной меры
п
R
сличением с эталонной мерой
э
R
переменного раз-
49
мера, в которой в качестве компаратора применен равноплечий (
21
RR =
) оди-
нарный мост постоянного тока (рис. 2.7, а).
К входу 1 присоединяют поверяемую меру
п
R
, к входу 2 — эталонную
меру
э
R
. Изменяют размер эталонной меры до значения, при котором выходной
сигнал, определяемый по указателю равновесия, не станет равным нулю. Результат измерения
эпд
= RR
— значение сопротивления эталонной меры
в момент равновесия моста.
При нулевом методе замещения (рис. 2.7, б) первоначально к входным
зажимам моста присоединяют поверяемую меру
п
R
, и мост уравновешивают
изменением сопротивления плеча сравнения
3
R
. Затем поверяемую меру
п
R
от-
ключают и вместо нее этими же проводами присоединяют эталонную меру
э
R
с
переменным размером. Вторично мост уравновешивают изменением размера
эталонной меры
э
R
. Так как в обоих случаях мост находится в состоянии рав-
новесия, можно утверждать, что
эпд
= RR
, где
э
R
— значение сопротивления об-
разцовой меры при повторном уравновешивании моста.
Применение метода противопоставления позволяет уменьшить воздействие на результаты поверки влияющих величин ввиду того, что они практически
одинаково искажают сигналы, подаваемые на входы компаратора. Поскольку
Рис. 2.7. Схема поверки методом сличения
при помощи компаратора
50
отсчетное устройство компаратора реагирует на разность сигналов, эти искажения в некоторой степени компенсируют друг друга. В ряде случаев точность
метода противопоставления может быть повышена путем сочетания его с методом перестановки. Если в рассмотренном выше примере (см. рис. 2.7, а) выполнить еще второе измерение, поменяв местами
п
R
и
э
R
, то среднее ариф-
метическое
( )
2/
ээпд
+= RRR
будет практически свободно от систематической
погрешности, обусловленной возможным неравенством сопротивлений плеч
1
R
и
2
R
, сопротивлением контактов и соединительных проводов. Здесь
э
R
— зна-
чение сопротивления эталонной меры в момент равновесия моста при втором
измерении.
Достоинство метода замещения заключается в последовательном
во времени сравнении двух величин. Вследствие того, что эти величины включаются последовательно в одну и ту же часть прибора сравнения (см. рис. 2.7б),
точность измерений повышается по сравнению с другими разновидностями метода сравнения, где несимметрия цепей, в которые включаются сравниваемые
величины, приводит к возникновению систематических погрешностей. Недостаток нулевого метода замещения — необходимость иметь СИ, позволяющее
воспроизводить любое значение известной величины без существенного понижения точности.
Особенностью дифференциального метода является возможность получения достоверных результатов сличения двух СИ даже при применении сравнительно грубых средств для измерения разности. Однако реализация этого метода требует наличия высокоточной эталонной меры с номинальным значением, близким к номинальному значению сличаемой меры и необходимой
дискретностью.
Проиллюстрируем сказанное на примере определения действительного
значения ЭДС нормального элемента. Поверяемый и эталонный нормальные
элементы включают навстречу друг другу (рис. 2.8) и измеряют потенциометром постоянного тока (ППТ) сумму их ЭДС.
Рис. 2.8. Схема дифференциального метода поверки
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]