ИЭРЭТУ_1
.pdfТочность результатов измерений и их сопоставимость достигаются государственной системой метрологического обеспе-
чения. Основой этой системы является эталонная база, которая насчитывает более 100 государственных первичных и специальных эталонов по основным видам измерений.
Эталоны, воспроизводящие одну и ту же величину,
подразделяются на первичные (обеспечивают наивысшую точность воспроизведения данной величины), вторичные и рабочие
(применяются для передачи размера единицы образцовым средствам измерения). Далее следуют образцовые и рабочие меры,
последние из которых предназначены для непосредственного проведения измерений во всех областях производства и потребления.
Основные государственные первичные эталоны: метр, кило-
грамм и секунда, — погрешность измерения которых составляет
5·10-9, 7·10-9 и 10-13 соответственно. Система измерения электрических величин основывается на эталонах ампера и производных единиц — ома, генри, вольта, фарада. Погрешность воспроизведения ампера составляет 10-5, фарада — (5÷7) 10-7, генри – 5·10-7, ома – 10-7,
вольта – 10-8.
При испытаниях обычно нормируют классы точности измерительных приборов, но не указывают виды их погрешности.
Оценка погрешности результатов измерений может проводиться в детерминированном и вероятностном вариантах. Далее будет рассмотрен детерминированный подход, получивший наиболее широкое распространение при промышленных испытаниях.
Инструментальная (приборная) погрешность имеет основную и дополнительную составляющие. Основная составляющая опреде-
ляется по классу точности и соответствует нормальным условиям эксплуатации (заданный производителем диапазон рабочих темпе-
ратур, влажности и др.). Дополнительная составляющая опреде-
ляется отклонениями условий эксплуатации от нормальных и нор-
мируется предприятием-изготовителем. Следует отметить, что при отклонении условий эксплуатации измерительного прибора от нормальных его дополнительная погрешность может превышать основную.
В соответствии с ГОСТ 8.401 — 80 «Классы точности средств измерений. Общие требования» используются четыре варианта задания классов точности, т. е. предельных значений приборной
(инструментальной) погрешности:
предел основной приведенной погрешности задается в виде
пр = ∆⁄ н = ± ; |
(1.1) |
предел основной относительной погрешности, если она имеет как аддитивную, так и мультипликативную составляющие, задается в виде
= ∆ ⁄ = ±[ + ( к⁄ − 1)]; |
(1.2) |
предел основной относительной погрешности, если она имеет только мультипликативную составляющую, задается в виде
= ∆ ⁄ = ± ; |
(1.3) |
предел основной абсолютной погрешности задается в виде
∆п= ± или ∆ = ( + к). |
(1.4) |
ее |
Здесь |
, и |
— результат измерения физической величины, |
|
|
нормирующеен |
значениек |
и конечное значение шкалы измери- |
|
тельного прибора; а, b, с, d — постоянные, которые выбираются из ряда (1, 1,5, 2, 2,5, 4, 5, 6)·10n (n = 1, 0, -1, -2...).
Графическое представление предельных погрешностей в функ-
ции измеряемой величины приведено на рис. 1.1.
Типичным для стрелочных аналоговых и простых цифровых приборов является задание класса точности в виде (1.1), т.е.
предельным значением основной приведенной погрешности |
|
пр |
, что |
означает постоянство предельной абсолютной погрешности |
или |
||
независимость погрешности от значения измеряемой |
физической |
||
|
∆ |
|
|
величины .Вэтомслучаеприборимеет толькоаддитивную погрешность
(рис. 1.1,а).
В ряде аналоговых приборов класс точности задается в виде (1.3),
т.е. пределом основной относительной погрешности (рис. 1.1, б). В
отечественных цифровых приборахкласс точности часто задается в виде
(1.2), что говорит |
( |
о |
наличии как аддитивной |
к |
|
, так и |
|
мультипликативной |
− |
) |
составляющих погрешности( |
рис. 1.1, в). |
|||
|
|
|
( |
⁄ |
) |
||
Рис. 1.1. Графическое представление погрешностей:
а— ввиде (1.1);б — в виде(1.3); в— в виде(1.2); г—в виде (1.4)
Взарубежных цифровых приборах класс точности часто задается пределом основной абсолютной погрешности в виде (1.4), имеющей
аддитивную |
имультипликативную |
составляющие(рис. 1.1, г). |
|
Коэффициенты( |
)а и b могут задаваться( |
ккак) |
в процентах, так и в |
абсолютных единицах.
Поскольку формулы определения погрешностей одинаковые, то в
некоторых приборах указывают лишь значения коэффициентов а, b, с, d
впроцентах или безразмерных единицах.
Вслучаях, когда относительная погрешность прибора имеет ги-
перболический характер (рис. 1.1, а, г), рекомендуется выбирать диапазон измерений так, чтобы значение измеряемой величины было максимально близко к пределу измерения к. В этом случае относительная погрешность измерения будет меньше.
Пример. Рассмотрим выбор вольтметра для измерения напряжения однофазной сети переменного тока частотой 50 Гц и предполагаемым диапазоном напряжения 170...260 В. Пусть в нашем распоряжении имеются три измерительных прибора, классы точности которых заданы по разному: аналоговый мультиметр с
диапазоном измерений 0...300 В класса точности 1,5 (предел основной
приведенной |
погрешности |
пр |
, |
дополнительная |
|
|
|
основной на |
каждые 10ºС в |
||
температурная |
погрешность равна |
||||
= ±1,5 |
|
||||
пределах температуры окружающей среды до +50ºС); цифровой мультиметр с диапазоном измерений 0...400 В, класс точности
которого |
задан |
пределом |
основной |
абсолютной |
погрешности |
|
∆ = ±(0,005 |
+0,005 |
) |
дополнительная погрешность равна |
|||
|
|
|
, |
|||
половине |
основной на |
ккаждые 10ºС |
в пределах |
температуры |
||
окружающей среды до +50°С; аналоговый вольтметр с диапазоном
измерения 0...500 В |
класса точности 3 |
(предел |
основной |
|
относительной погрешности |
) |
во всем |
диапазоне |
|
рабочих температур. |
|
= = ±3% |
|
|
Оценим количественно абсолютные и относительные |
||||
инструментальные |
погрешности |
предполагаемых |
измерений |
|
напряжения этими приборами. |
|
|
|
|
1. Температура окружающей среды соответствует нормальным
условиям. Аналоговый мультиметр. Предельное значение основной
абсолютной погрешности
∆ |
= пр. |
к⁄100%= ±1,5%∙300В⁄100% = ±4,5 В; |
предельное значение основной относительной погрешности
(соответствует минимальному ожидаемому напряжению)
= ±(4,5 В⁄170В)100% = ±2,647%.
Цифровой мультиметр. Предельные значения основной абсолютной погрешности для заданного диапазона ожидаемых напряжений
∆= ±[0,005∙400+0,005(170…260)] = ±(2,85…3,3)В;
предельные значения относительной погрешности
= ±[(2,85…3,3)В⁄(170…260)В]100% = ±(1,68…1,27)%.
Аналоговый вольтметр. Предельное значение основной
абсолютной погрешности
∆= ±(3%∙260В)⁄100% = ±7,8В;
предельное значение относительной погрешности |
= |
±3%.
Сравнение результатов расчета погрешностей показывает, что наиболее целесообразно в рассматриваемом случае использовать второй прибор — цифровой мультиметр. За ним по точности измерений следует аналоговый мультиметр.
2. Температура окружающей среды выше нормальной на 15 °С.
Аналоговый мультиметр. Дополнительные и суммарные
погрешности
∆доп= ∆ (35−20)10 = ±(4,5В∙15⁄10) = ±6,75В;
∆сум= ±(4,5+6,75) = ±11,25В;
предельное значение суммарной относительной погрешности
(для минимального напряжения 170 В)
сум = ±(11,25⁄170)100% = ±6,62%.
Цифровой мультиметр. Дополнительная и суммарная абсолютные погрешности определяют для двух значений основной погрешности (2,85 и 3,3 В):
∆ доп= 0,2∆ (35− 20)10 = 0,5(2,85…3,3)15⁄10 = (2,14…2,48)В;
∆ сум= от ± (2,85+2,14) = ±4,99В до(3,3+2,48) = ±5,78В;
предельные значения суммарной относительной погрешности
для границ диапазона измерений 170…260 В
сум
сум
=±(4,99⁄170)100% = ±2,93% и
=±(5,78⁄260)100% = ±2,22%.
Аналоговый вольтметр дополнительной погрешности не имеет:
∆ = ±7,8 В; |
= ±3%. |
Сравнение результатов расчета погрешностей показывает, что и в этом случае наиболее целесообразно использовать цифровой мультиметр. Однако за ним по точности измерений уже следует аналоговый вольтметр.
1.3. Автоматизация испытаний
Автоматизация испытаний электрических машин осуществляется в целях уменьшения трудоемкости и стоимости испытаний, увеличения точности и достоверности их результатов,
улучшения условий труда, обеспечения возможности дистанционного проведения испытаний, быстрого изменения их программы и уменьшения времени получения результатов и др.
Испытательные стенды и линии, как правило, встраиваются в технологические участки производства отдельных узлов и в участок сборки и согласуются с ними по производительности.
С технической точки зрения процесс автоматизации испыта-
ний готовых электрических машин включает в себя:
автоматическое перемещение, установку, подключение и от-
ключение электрических машин;
автоматическую установку режимов испытаний в соответствии с выбранной (заданной) программой;
автоматический сбор, передачу и хранение полученных в про-
цессе испытаний величин;
автоматическую обработку (вычисления) измеренных величин;
представление результатов испытаний (протокола) в требуемом
виде.
Процесс автоматизации испытаний реализуется только с помощью цифровой техники, включая цифровое представление измеряемых величин, каналы передачи, хранения и обработки информации (ЭВМ) и исполнительные устройства.
Во время испытаний измеряется большое количество электрических и неэлектрических величин с помощью заложенных или встроенных в машину на время испытаний датчиков. Датчики могут состоять из одного элемента (например, термопара) или представлять собой сложные блоки многофункционального преобразования. Большинство современных датчиков относится к последнему типу и являются цифровыми или дискретными. Они состоят из первичного преобразователя (преобразует непрерывный входной сигнал, соответствующий измеряемой физической величи-
не, в непрерывный выходной сигнал, как правило, электрический),
нормирующего преобразователя (унифицирует по форме и величине выходной сигнал первичного преобразователя с целью его дальнейшей обработки), компенсатора (линеаризует характеристики первичного преобразователя, компенсирует влияние температуры окружающей среды и др.) и аналого-цифрового преобразователя
(АЦП). Быстродействие АЦП составляет в настоящее время до 106
точек в секунду, что позволяет записывать с высокой точностью
(порядка 0,1%) практически все переходные процессы в режиме реального времени.
Одновременно с записью показаний датчиков в памяти ЭВМ их обычно выводят и на приборы для осуществления визуального контроля за ходом испытаний.
К настоящему времени разработано большое количество программно-информационных средств на базе международных стандартов PXI и VXI. Для проведения исследовательских и промышленных испытаний используются практически одинаковые программно-информационные средства и форма представления их результатов. Кроме того, использование возможностей Интернета позволяет осуществлять дистанционные испытания по заданной программе без присутствия на месте испытаний обслуживающего персонала.
Сложность программы обработки зависит от поставленной задачи. Наряду с весьма простыми вычислениями, например КПД и коэффициента мощности, разработано большое число сложных и трудоемких программ по определению параметров синхронной машины из опыта внезапного короткого замыкания, параметров и рабочих характеристик асинхронного двигателя по результатам опытов холостого хода и короткого замыкания и др.
При идеальном варианте автоматизированных испытаний заказчик сразу после окончания испытаний получает готовый протокол испытаний, содержащий наряду со стандартной текстовой