5.2.1.Отрегулировать микрометр на нуль.

5.2.2.Микрометром, отрегулированным на нуль, проверить один раз показание микрометра на блоке концевых мер. Записать в табл.1 истинный размер блока и показание микрометра. Результат измерений должен сниматься со шкалы микрометра с точностью не выше 0,005 мм (т.е. половины цены делений барабана).

Убрать с блока концевую меру меньшего размера, проверить показание микрометра на оставшемся блоке и записать в таблицу истинный размер оставшегося блока и показание микрометра. Далее повторить все до тех пор, пока не останется одна мера или размер блока не выйдет за пределы измерения данным микрометром.

Погрешность измерения определяется как разность между показанием микрометра и истинным размером блока при каждой проверке:

изм =xi - xист

Таблица 1

За погрешность микрометра принимается наибольшая абсолютная погрешность измерений.

5.2.3. Дать заключение о годности микрометра для измерения по условию изм<, c.и.. Если оно выполняется, то микрометр годен для измерений.

5.2.4. Повторить все действия п.5.2., используя вместо микрометра штангенциркуль.

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

6.1.Наименование, цель работы.

6.2.Задание.

6.3.Применяемый измерительный инструмент (наименование, тип модель, предел измерений, предел допустимой погрешности измерения).

6.4.Расчет блока мер.

6.5.Результаты измерений и расчетов, сведенные в таблицу.

6.6.Заключение о годности микрометра, штангенциркуля для измерений.

7.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

7.1.Что такое метрология? Основные задачи метрологии.

7.2.Назовите основные метрологические параметры средств измерений.

7.3.Чем отличается цена деления шкалы, указанной на средстве измерения с погрешностью измерения этим средством?

7.4.Для каких целей применяют наборы концевых мер?

7.5.Почему надо стремиться к возможно меньшему количеству концевых мер при составлении блока?

7.6.Как определяется годность микрометра для измерений?

7.7.Обьясните устройство и укажите область применения штангенинструментов.

7.8.Что такое погрешность измерения?

7.9.Какие погрешности называются систематическими, случайными, прогрессирующими, грубыми?

7.10.Что такое поле допуска, как оно изображается?

7.11.Как обозначаются предельные отклонения на размер вала и отвер-

стия?

7.12.Какое отклонение на размер считается основным?

8.СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

Предел допустимой погрешности измерения наружного размера микрометром гладким

Таблица 2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить общие характеристики и классификацию электрических приборов различных систем, а также условное обозначение приборов по принципу действия.

2.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Измерением называется нахождение значений физических величин опытным путем с помощью специальных технических средств.

Средствами электрических измерений называют технические средства, используемые при электрических измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. Различают следующие виды средств электрических измерений:

а) элементарные средства измерений: 1 - меры; 2 - измерительные преобразователи;

б) комплексные средства измерения: 3 - электроизмерительные приборы; 4 - измерительные установки; 5 - измерительные информационные системы; 6 – измерительно-вычислительные комплексы.

Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера, например, измерительная катушка, сопротивления, конденсатор, гиря и т.д.

Измерительными преобразователями называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающиеся непосредственному восприятию наблюдателем.

Электроизмерительными приборами называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например, амперметр, вольтметр, ваттметр, фазометр.

Все измерительные приборы подразделяются на аналоговые и цифровые. Измерительная установка состоит из ряда средств измерений и вспомогательных устройств, расположенных в одном месте. При помощи таких установок можно производить более сложные и более точные измерения, чем при помощи отдельных измерительных приборов. Если в состав установки входит эталон, применяемый для поверки средств измерений, то такая установка назы-

вается поверочной установкой.

Информационно-измерительные системы (ИИС) представляют собой совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. Они предназначены для автоматического получения измерительной информации о состоянии объекта от ряда ее источников, а также для ее передачи и обработки. По организации алгоритма функционирования различают следующие виды ИИС:

-с заранее заданным алгоритмом работы, правила функционирования которых не меняются;

-программируемые, алгоритм работы которых меняется по заданной программе, которая составляется согласно условиям функционирования объекта исследования;

-адаптивные, алгоритм работы, которых (в ряде случаев и структура) из-

метрологические и технические.

Наиболее часто используются следующие метрологические характеристики; цена деления шкалы, чувствительность, диапазон показаний, диапазон измерения, погрешность, класс точности, градуировочная характеристика и вариация.

Ценой деления шкалы называется разность значений измеряемой величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы.

Чувствительностью прибора называется отношение изменения показания

У приборов необходимо различать диапазон показаний и диапазон измере-

ния.

Диапазон показаний (или шкалы) ограничен конечным и начальным значениями шкалы.

Диапазон измерений (или рабочая часть шкалы) - это область значений измеряемой величины, для которой нормирована допускаемая погрешность прибора. У многих приборов диапазон измерения равен диапазону показаний, но у некоторых он меньше диапазона показаний, так как точность измерения малых значений настолько низка, что в качестве нижнего предела диапазона измерения часто принимают значение, составляющее 20-30% конечного значения шкалы. Некоторые приборы имеют несколько диапазонов измерения, переход на которые осуществляется с помощью переключателя диапазонов.

Различают много видов погрешностей приборов, основные из них можно классифицировать следующим образом:

-по способу вычисления: абсолютная, относительная и приведенная погрешности;

-по причине возникновения: систематические, случайные, прогрессирующие, грубые погрешности:

-в зависимости от условий измерений: основная и дополнительная погрешности.

Абсолютной погрешностью прибора x называется разность между показаниями прибора Xn и истинным значением измеряемой величины X:

x= Xn – Xист.

Относительной погрешностью ε называется отношение: ε = x / x.

Нормирующее значение может быть равно верхнему пределу измерения, диапазону измерения и т.д. Чаще всего в качестве нормирующего значения принимают диапазон измерения. Для прибора с двухсторонней шкалой диапазон равен сумме значений верхнего и нижнего значений пределов измерения: для прибора с безнулевой шкалой диапазон равен разности верхнего и нижнего значений пределов измерения; для прибора с односторонней шкалой диапазон

равен верхнему пределу измерения.

Причинами систематических погрешностей прибора могут быть: зазор подвижных частей, износ и старение деталей и элементов прибора, неточность градуировки, изменение коэффициента трансформации в трансформаторах; установка прибора с отклонениями от предусмотренного нормального положения, влияние внешней среды.

Причинами случайных погрешностей могут быть крены, дифференты, тряска, вибрации и удары, имеющие место в судовых условиях.

Погрешность прибора, используемого в нормальных условиях, называется основной погрешностью. Погрешность прибора, используемого в условиях отличных от нормальных, называется дополнительной погрешностью.

Причинами основной погрешности являются: дефекты механических подвижных деталей, неточность подгонки сопротивлении измерительной схемы, нечувствительность и вариация прибора.

Причиной дополнительных погрешностей являются: отклонения температуры и влажности окружающего воздуха от нормальных значений, колебания напряжения и частоты питания более ± 2%, наличие вибрации, тряски, ударов, кренов и дифферентов и др.

Точностью прибора называется качество, определяющее близость его погрешностей к нулю и количественно выражаемое классом точности прибора. Класс точности прибора обозначается цифрой и определяет значение его допускаемой погрешности. Обозначение класса точности наносится на циферблат, щиток или корпус прибора, например0,5: 0,2; . .

Градуировочной характеристикой прибора называют зависимость между значениями величин па выходе и входе прибора, выражаемую в виде таблицы, графика или формулы.

Вариацией показаний прибора называется наибольшая разность показаний при прямом и обратном перемещении показывающих и пишущих устройств при одном и том же значении измеряемой величины и постоянных окружающих условиях. Вариации обусловливаются силами трения и зазорами в кинематике прибора и определяются по формуле: B = (x1 - x2) / (Ан-Ак) 100%,

где x1 и x2 - показания прибора при возрастающем и убывающем значениях измеряемой величины; Ан и Ак - значения, соответствующие началу и концу шкалы. Вариация не должна превышать 0,2% для приборов класса 0,25 и значения допускаемой погрешности для приборов остальных классов.

К техническим характеристикам приборов относятся: динамические характеристики, помехоустойчивость, степень защищенности от внешних воздействий, время непрерывной работы, надежность, импедансные характеристики, масса и габариты. Способность средства измерения сохранять установленные значения метрологических характеристик в течение заданного времени при определенных режимах и условиях эксплуатации называется надежностью.

Надежность прибора характеризует его поведение с течением времени и является обобщенным понятием, включающим в себя стабильность, безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Надежность прибора количественно характеризует вероятность безотказной работы в течение 2000 ч и сроком службы.

Средний ресурс прибора определяется суммарным временем его работы, а срок службы - календарным временем его эксплуатации.

Кдинамическим характеристикам прибора относятся: дифференциальные уравнения, переходная, импульсная переходная, амплитудно-фазовая, ампли- тудно-частотная характеристики, передаточная функция. Кроме этого динамические характеристики определяются инерционностью, быстродействием и числом колебаний указателя при выходе на новое показание.

Инерционность прибора определяется временем, проходящим с момента изменения измеряемой величины до момента начала перемещения указателя прибора. Инерционность приборов в большинстве случаев обусловлена задержками в прохождении измерительного сигнала под воздействием механических, тепловых, электрических и гидравлических факторов, проявляющихся различным образом в зависимости от конструкции приборов.

Быстродействие прибора определяется временем прохождения указателем всей шкалы. Для судовых приборов быстродействие находится в пределах от 1 до 16 с; число колебаний указателя не превышает трех.

Помехоустойчивость прибора определяется величиной помех - паразитных напряжений и токов в электрических цепях прибора, возникающих по различным причинам.

Степень защищенности от внешних воздействий определяется видом исполнения прибора (вибростойкий, брызгозащищенный и т.д.) и характеризует условия его применения, в которых обеспечивается оказанная точность измерения.

Кроме приведенных общих характеристик конкретные приборы могут иметь и другие специфические характеристики, связанные с назначением и условиями использования.

Приборы можно классифицировать по разнообразным признакам, многие из которых отражены в метрологических и технических характеристиках. Большинство признаков взаимно независимы, и каждый прибор может иметь практически любое сочетание их.

Кчислу таких признаков прибора относятся: область применения измеряемой величины, вид представления информации, уровень автоматизации, точность, условия применения, уровень стандартизации, степень защищенности от внешних воздействий, принцип действия, а также дополнительные признаки.

Взависимости от физических явлений, положенных в основу создания вращающего момента, электромеханические приборы подразделяются на следующие основные системы: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические: ферродинамические, электростатические, индукционные. Кроме перечисленных основных систем электромеханических приборов известны также вибрационные, тепловые и другие системы приборов. В табл. 1 даны условные обозначения приборов по принципу действия.

Воснове работы приборов электромагнитной системы лежит принцип механического взаимодействия магнитного поля катушки и ферромагнитного материала сердечника. Прибор данной системы пригоден лак для постоянного тока, так и для переменного тока.

Работа механизмов магнитоэлектрической системы основана на взаимодействии магнитного потока постоянного магнита и тока, проходящего по катушке (рамке). Возникающий при этом вращающий момент отклоняет подвижную часть механизма относительно неподвижной. В зависимости от того, какой из указанных элементов (постоянный магнит или рамка) является подвижной частью, различают механизмы с подвижной рамкой и с подвижным магнитом. Эти приборы различны по своим техническим данным и различны в условных обозначениях. Используются приборы магнитоэлектрической системы в цепях постоянного тока.

Работа измерительных механизмов электродинамической системы основана на взаимодействии магнитных полей двух катушек с токами - подвижной и неподвижной. Подвижная катушка, укрепленная на оси, может поворачиваться внутри неподвижной. При протекании в обмотках катушек токов возникают электромагнитные силы, стремящиеся так повернуть подвижную часть, чтобы магнитные потоки подвижной и неподвижной катушек совпадали.

Приборы электродинамической системы применяются в цепях переменного и постоянного тока.

Приборы ферродинамической системы - приборы электродинамической системы с ферромагнитным сердечником. Достоинствами ферродинамических приборов являются меньшая, чем у электродинамических, восприимчивость к внешним магнитным полям, меньшее собственное потребление мощности, больший вращающий момент. Однако, точность и частотный диапазон у них ниже, чем у электродинамических. Указанные свойства ферродинамических приборов определяют область их применения в качестве щитовых и переносных приборов переменного тока, а также в качестве самопишущих приборов.

Вэлектростатических механизмах перемещение подвижной части происходит под действием энергии электрического поля системы двух или нескольких электрически заряженных проводников. В данном механизме в отличие от механизмов других систем перемещение подвижной части осуществляется за счет действия непосредственно приложенного напряжения. Поэтому, в основном, электростатические механизмы применяются в приборах, измеряющих напряжение, вольтметрах.

Воснову работы индукционных приборов положено свойство вращающегося магнитного поля создавать вращающий момент, действующий на подвижное металлическое тело, помещенное в поле. Приборы данной системы используют в цепях постоянного и переменного тока.

Термоэлектрическим прибором называют соединение одного или нескольких термоэлектрических преобразователей с магнитоэлектрическим измерительным механизмом. Термопреобразователь состоит из одной или нескольких термопар и подогревателя, через который проходит измеряемый переменный

ток. Термоэлектрические приборы применяют для измерения переменного тока от 1 до 50 А и напряжения от 0,1 до 1000 В.

Выпрямительный прибор представляет собой сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма с выпрямителем на полупроводниковых диодах. Выпрямитель преобразует переменный ток в пульсирующий, который измеряется прибором магнитоэлектрической системы.

Условное обозначение приборов по принципу действия. Таблица 1

Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой

Логометр магнитоэлектрический

Магнитоэлектрический с подвижным магнитом

Магнитоэлектрический с подвижным магнитом (без механического противодействующего момента)

Прибор магнитоэлектрический с выпрямителем (выпрямительный прибор)

Прибор магнитоэлектрический с электронным преобразователем в измерительной цепи (электронный прибор)

Прибор магнитоэлектрический с неизолированным термопреобразователем (термоэлектрический прибор)

Прибор электромагнитный

Логометр электромагнитный

Прибор электродинамический

Логометр электродинамический

Прибор ферродинамический

Логометр ферродинамический

Прибор индукционный

Логометр индукционный