1

(свойствами прибора, качествами экспериментатора, факторами, влияющими на измерение).

Гипотеза о том, что результат измерения принадлежит нормальному распределению определяется по уравнению значимости q =10 ÷ 2%.

1) При большом числе наблюдений (n > 50) гипотезы проверяются по критерию Пирсена (χ2), Колмогорова, Мизеса – Смирнова (ω2).

2) При n > 3, n ≤ 50 по специальному критерию W для нормального или логарифмического нормального распределения. Если результаты наблюдения можно считать, что они принадлежат нормальному распределению, то из результатов наблюдения исключаются грубые погрешности, а т.к. среднее арифметическое

где t – коэффициент Стьюдента, который зависит от заданной доверительной вероятности Р и числа результатов наблюдения.

Доверительные границы неисключенной систематической погрешности результатов измерения вычисляют путем построения композиции распределения, составляющей неисключенной систематической погрешности при равномерном распределении всех составляющих, эти границы (без учета знака) можно вычислять по

формуле:

= 2

=1

где k – коэффициент, определяемый принятой доверительной вероятностью, m

– число суммируемых неисключенных погрешностей. k задан таблично либо в виде графика:

Доверительная вероятность Р принимается такой же, что и при вы числении доверительных границ случайной погрешности результата измерения.

Погрешность, возникающая из-за п ренебрежения одной из составляющих погрешности результата измерения, не превышает 15% при выполнении указанных неравенств.

Если > 0,8, то систематической погрешностью по сравнению с систематической пренебрегают и = θ.

В случае, если неравенства не выполняются, границу погрешности результата измерения находят путем построения композиции распределения случайных погрешностей и неисключенных систематических погрешностей, рассматриваемых как

погрешности и необходимости дальнейшей обработки результатов, форма записи следующая:

округление результата измерения.

3

Дисперсия погрешности полученной функциональной зависимости определяется по формуле:

Найденные коэффициенты aj являются случайными величинами. Дисперсии коэффициентов как случайных величин:

Saj2 = DDjj S2 ,

где определитель Djj получается из основного определителя системы уравнений (*) вычеркиванием j-х столбца и строки.

Электромагнитные приборы. Обобщенное уравнение шкалы.

В них непосредственно оценивается электромагнитная энергия, подведенная к прибору непосредственно из измерительной цепи. Она преобразовывается в механическую энергию углового измерения подвижной части относительно неподвижной.

Электромеханические измерительные приборы применяют для измерения тока, напряжения, мощности, сопротивления и других электрических величин на постоянном и переменном токе преимущественно промышленной частоты 50 Гц. Эти приборы относятся к приборам прямого действия.

Эти приборы состоят из:

1)Электрического преобразователя (измерительная цепь).

2)Электромеханического преобразователя (измерительный механизм).

3)Отсчетное устройство.

Измерительная цепь обеспечивает преобразование электрической измеряемой величины Х в некоторую промежуточную величину Y (ток, напряжение), функционально связанную с величиной Х. Величина Y непосредственно воздействует на измерительный механизм. По характеру преобразования измерительная цепь может представлять собой совокупность элементов (резисторов, конденсаторов, выпрямителей, термопар).

Различные измерительные цепи позволяют использовать один и тот же измерительный механизм при измерениях разнородных величин (ток, напряжение, сопротивление), меняющихся в широких пределах.

Измерительный механизм, являясь основной частью конструкции прибора, преобразует электромагнитную энергию в механическую, необходимую для угла поворота его подвижной части относительно неподвижной= ( ) = . ( )

F(X) – функционал.

Подвижная часть измерительного механизма представляет собой механическую

удельный противодействующий момент на единицу закручивания угла

пружины.

Мα создается механическим путем с помощью спиральных пружин, растяжек, подводящих проводов, и пропорционален углу отклонения α подвижной части.

W зависит от материала пружины и ее геометрических размеров.

3) Момент успокоения (Мусп) – это момент сил сопротивления движению, всегда направленный навстречу движению и пропорциональный угловой скорости отклонения.

1

Мусп = −

р – коэффициент успокоения (демпфирования).

22 = + + Мусп= 22 + +

Установившееся отклонение подвижной части измерительного механизма определяется равенством вращательного и противодействующего моментов (М=Мα). Подставив в это равенство соответствующие значения, получим уравнение шкалы прибора, показывающее зависимость угла отклонения α подвижной части от значения измеряемой величины и параметров измерительного механизма. В зависимости от способа преобразования электромагнитной энергии в механическое угловое перемещение подвижной части электроизмерительные приборы делят на:

1)Магнитоэлектрические

2)Электромагнитные

3)Электродинамические

4)Ферродинамические

5)Электростатические и др.

Отсчетное устройство аналоговых электроизмерительных приборов чаще всего состоит из указателя, жестко связанного с подвижной частью измерительного механизма, и неподвижной шкалы. Указатели бывают:

1)Стрелочные (механические)

2)Световые

Шкала представляет собой совокупность отметок, которые расположены вдоль какой-то линии. Изображают ряд посл едовательных чисел, соответствующих значениям измеряемой величины.

Шкалы по начертанию бывают:

1)Прямолинейные: а) горизонтальные б) вертикальные

2)Дуговые

3)Круговые

По характеру расположения отметок различают шкалы:

1)Равномерные

2)Неравномерные

3)Односторонние относительно нуля

4)Двусторонние

5)Безнулевые

Шкалы градуируют либо:

1)В единицах измеряемой величины (именованная шкала)

2)В делениях (неименованная шкала)

Числовое значение измеряемой величины равно произведению числа деления, прочитанного по шкале, на цену (показания прибора). Цена деления – значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы.

Классы точности аналоговых электроизмерительных приборов:

2

0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Узлы и детали измерительных приборов:

Для большинства электроизмерительных приборов, несмотря на большое разнообразие измерительных механизмов, можно выделить общие узлы и детали. Любой измерительный механизм состоит из:

1) Подвижной и неподвижной частей. Поэтому для обеспечения свободного перемещения свободной части ее устанавливают на опорах, растяжках, подвесе. При транспортировке таких приборов подвижную часть измеритель ного механизма закрепляют с помощью неподвижного арретира.

Устройство для установки подвижной части на опорах. Они представляют собой легкую алюминиевую трубочку, в которую запрессованы керны (металлические отрезки).

(лабораторных приборах) для уменьшения трения сама шкала у прибора располагается горизонтально, а ось вертикально. При этом нагрузка сосредоточена в подпятнике.

2) Устройства для установки подвижной части на растяжках представляют собой две тонких ленты из бронзового сплава, на которых подвешивается подвижная часть. Их

обмотке рамки и создания противодействующего момента.

3) Устройства для установки подвижной части на подвесах используют в особо чувствительных приборах. Подвижная часть измерительного механизма подвешивается на тонкой (иногда к варцевой) нити. Ток в рамку подвижной части подводят через нить подвеса и специальный безмоментный токоподвод из золота или серебра.

Узлы для создания противодействующего момента.

В измерительных механизмах с установкой подвижной части на опорах используют одну или две плоские спиральные пружины, выполненные из оловянноцинковой бронзы. Пружины также служат в качестве токоподводов подвижной части.

3

Приборы магнитоэлектрической системы

Приборы магнитоэлектрической системы бывают двух разновидностей: с подвижной рамкой (рис. 1.1, а) и с подвижным магнитом (рис. 1.1, б)

Устройство. Измерительны й механизм приборов магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой (рис. 1.1, а) состоит:

– из неподвижного цилиндрического сердечника 1, установленного строго по центру;

– из подвижной рамки 2 – легкого алюминиевого каркаса с обмоткой из тонкой (0,02–0,2 мм)

медной или алюминиевой проволоки;

–из полюсных наконечников 3, 7;

–из постоянного магнита, изготовленного из высококачественной стали 5;

–из магнитопроводов 4, 6.

В воздушном зазоре между полюсными наконечниками создается магнитное поле с постоянной магнитной индукцией .

Измеряемый ток пропускают в обмотку рамки через две спиральные пружины, создающие противодействующий момент.

Специальные успокоители не применяются: колебание прекращается под воздействием поля постоянного магнита. В целях увеличения момента успокоения на рамку иногда наматывают несколько короткозамкнутых витков.

Кроме приборов с подвижной рамкой применяют, но значительно реже, приборы с подвижным или внутрирамочным магнитом. Подвижной магнит жёстко крепят на оси, он перемещается в магнитном поле, пропорциональном протекающему току.

При непосредственном включении приборов в измеряемую цепь можно измерить небольшие токи (15–30 мА) или напряжения (от 45 мВ до нескольких вольт). Для расширения пределов измерений применяются дополнительные устройства: шунты и добавочные резисторы.

Принцип действия. Подвижная часть перемещается в результате взаимодействия поля постоянного магнита с магнитным полем проводника с током.

напряжению.

При изменении направления измеряемого тока меняется направление отклонения рамки, в связи с этим следует учитывать полярность тока.

Из-за инерционности подвижной части прибор не реагирует на переменный ток промышленной частоты, если отсутствует постоянная составляющая. В противном случае прибор показывает её значение.

Достоинства:

–высокая чувствительность, обусловленная сильным собственным магнитным полем, поэтому даже при малых токах создается достаточный вращающий момент. Ток полного отклонения: 0,01 мкА;

–высокая точность вследствие высокой стабильности элементов измерительного механизма (ИМ). Класс точности: 0,05 или 0,1;

–малая потребляемая мощность (до десятых долей Ватта).

–незначительное влияние внешних магнитных полей благодаря сильному собственному магнитному полю;

–хорошее успокоение, объясняемое наличием постоянного магнита;

–равномерная шкала (у приборов с подвижной рамкой);

–простая конструкция, устойчивость к перегрузкам (у приборов с подвижным магнитом), так как измеряемый ток протекает непосредственно по катушке, а не по спиральным пружинам;

–чувствительность прибора не зависит от угла поворота рамки.

Недостатки:

1) приборов с подвижной рамкой:

– сложность и высокая стоимость конструкции;

– низкая перегрузочная способность, обусловленная перегревом противодействующих (токоведущих) пружин и изменением их свойств;

2) приборов с подвижным магнитом:

–большая масса;

–инерционность подвижной части;

–температурные влияния на точность измерения.

Область применения:

–в многопредельных, широкодиапазонных вольтметрах, амперметрах в цепях

постоянного тока;

–в гальванометрах – высокочувствительных измерительных приборах с неградуированной шкалой;

–в логометрах (двухрамочных механизмах);

–в сочетании с преобразователями переменного тока в постоянный приборы используют при измерении в цепях переменного тока и при измерении сопротивлений.

2

Приборы электромагнитной системы

Среди приборов электромагнитной системы различают приборы с плоской и с круглой катушкой.

Устройство:

–неподвижная плоская или круглая катушка 1;

–подвижный ферромагнитный сердечник 2 из магнитомягкого материала, жестко связанный с осью;

–ось 3;

–стрелка 4;

–успокоитель 5;

–спиральная противодействующая пружина 6;

–неподвижный сердечник 7;

–экран 8.

диаметром до 1 мм. При токе около 250 А катушку выполняют из медной шины. Катушки вольтметров наматывают медным изолированным проводом диаметром 0,08–0,15 мм (при напряжении свыше 100 В) и 0,4 мм (при напряжении до 15 В).

Принцип действия. Передвижение подвижной части измерительного механизма происходит в результате взаимодействия магнитных полей неподвижной катушки и одного или нескольких подвижных сердечников из ферромагнитных материалов.

При протекании тока по катушке в приборах с плоской катушкой возникает магнитное поле, сердечник намагничивается и втягивается в щель каркаса катушки, поворачивая ось со стрелкой.

В приборах с круглой катушкой вращающий момент создается при взаимодействии подвижной и неподвижной пластин. При протекании тока по катушке вращающий момент создается при взаимодействии подвижной и неподвижной пластин. Обе пластины намагничиваются одинаковой полярностью и взаимодействуют друг с другом. Подвижной