Тема 4.2. Елементи конструкції вимірювальних приладів.

Не дивлячись на велику різноманітність конструкцій і типів механізмів ЕВ приладів всі вони мають ряд спільних деталей. Це: корпус, відліковий пристрій, пристрій для встановлення і врівноваження рухомої частини і створення протидіючого моменту, заспокоювач, коректор і для приладів з високою чутливістю арретир.

Корпус повинен захищати вимірювальний механізм від зовнішніх механічних впливів.

Відліковий пристрій складається з шкали і показника який жорстко кріпиться до рухомої частини вимірювального механізму . Таким чином,кутове переміщення рухомої частини призводить до переміщення показчика відносно шкали. Установка рухомої частини може бути виконана різними способами: на кернах і підп'ятниках,на розтяжках і на вісі,на розтяжках і на підвісі. Для того щоб забезпечити однозначний зв'язок між кутом повороту рухомої частини і значенням вимірюваної величини, необхідно створити протидіючий момент, пропорційний куту повороту рухомої частини.

У приладах з кріпленням механізму рухомої частини на кернах і підп'ятниках протидіючий момент створюється за допомогою спіральної пружини шляхом її закручування.

Для приладів з установкою рухомої частини на розтяжках або підвісі протидіючий момент створюється закручуванням розтяжки або підвісу при повороті рухомої частини.

Важливою характеристикою є швидкодія приладу тому у всіх електромеханічних приладах передбачені пристрої для створення заспокоюючого моменту.

Коректор – пристрій,що дозволяє встановлювати

стрілку приладу на нуль шкали.

Арретир – пристрій,що дозволяє нерухомо

закріпити рухому частину при переносі чи транспортуванні приладу.

Основні елементи і блоки засобів вимірювання.

Кріплення рухомої частини на кернах з підп'ятниками: керни – це загострені відрізки стального стержня (1.мал.1), підп'ятники (2.мал.1) виготовляються із пластин агата або корунда з виточеними них конічними заглибленнями. Недолік: сила тертя обмежує чутливість приладу

Пристрій для створення протидіючого моменту:переважно це спіральні пружини в підвісах або розтяжках .

Заспокоювач переважно використовують магнітоіндукційний. Складається з нерухомого магніту (постійного) (1) з магнітопроводом (2) і крила заспокоювача (3),жорстко прикріпленого до рухомої частини

Крило переважно виготовляють з алюмінію тому,що при русі крила в крилі при перетині поля магніта виникають вихрові струми, чия взаємодія із полем магніту призводить до виникнення заспокоюючого моменту.

Тема 4.3. Метрологічні характеристики і класи точності засобів вимірювання

Засобами вимірювання вважаються ті технічні засоби, для яких нормовано метрологічні характеристики. Метрологічними характеристик­ка­ми засобів вимірювання називаються характеристики, необхідні для визначення результату вимірювання та його точності. Метрологічні характеристики поділяються на кілька груп.

1. Характеристики, призначені для визначення результатів вимірювання.

Функція перетворення (статична характеристика) вимірювального перетворювача або вимірювального приладу з неіменованою шкалою — це функціональна залежність між інформативними параметрами вихідного сигналу Y і вхідного сигналу X:

Y=f(Х). (3.1)

Ціна поділки шкали, аналогового вимірювального приладу (або міри) — різниця тих значень величини, які відповідають двом сусіднім позначкам шкали.

Чутливість вимірювального приладу (S) — відношення приросту вихідного сигналу ΔY до приросту вхідного сигналу ΔХ:

S=ΔY/ΔХ. (3.2)

Діапазон вимірювань — межі значень вимірюваної ве­личини, для якої нормовані допустимі похибки.

Характеристики похибки засобу вимірювання. Най­важливішою характеристикою засобу вимірювання є похибка, яку вносить засіб вимірювання в результат вимірювання, тобто похибка засобу вимірювання. Про похибку засобів вимірювання, її види та способи нормуван­ня йтиметься далі детальніше.

Характеристики чутливості засобів вимірювання до величин, які впливають на результат вимірювання, та умов, в яких виконуються вимірювання (функції впливу). Для кожного засобу вимірювання визначають­ся нормальні умови вимірювання, тобто умови, за яких величини, що впливають на результат вимірювання, не виходять за межі так званої нормальної області значень. Наприклад, нормальний діапазон значень температури становить (20±5) °С, атмосферного тиску — це 760 мм рт. ст., напруга мережі живлення має (220±5) В.

Основною похибкою засобу вимірювання називають похибку вимірювання в умовах, прийнятих за нормальні. Якщо величини, що впливають на результат вимірювання, відхиляються за межі нормальних значень, то виникає додаткова похибка засобів вимірювання.

Робочим або розширеним діапазоном називається діапазон значень впливових величин, для яких нормується додаткова похибка.

Коефіцієнтом впливу називається відношення приросту ΔY вихідної величини вимірювального приладу до приросту впливової величини Δ_і:

B_i = . (3.3)

Характеристики взаємодії засобів вимірювання з об'єктом дослідження та навантаженням. Такими характеристиками є вхідний Z_вх та вихідний Z_вих повні опори засобу вимірювання. Чим більший вхідний повний опір засобу вимірювання, тим менший вплив цього засобу на протікання процесів в об'єкті вимірювання. Вихідний повний опір особливо важливо врахувати в тому разі, коли засоби вимірювання з'єднані каскадно. Тоді зі зменшенням вихідного повного опору даного засобу вимірювання зменшуватиметься вплив цього засобу на наступні.

Динамічні характеристики засобів вимірювання нормуються для динамічного режиму роботи, тобто для роботи зі змінною вимірюваною величиною і визначають інерційність засобів вимірювання.

Динамічні характеристики поділяються на повні та часткові. Динамічна характеристика, за допомогою якої можна повністю визначити зміни вихідного сигналу за відомим вхідним сигналом, називається повною.

До повних динамічних характеристик належать такі ха­рактеристики засобу вимірювання:

• перехідна та імпульсна характеристики;

• амплітудно-частотна та фазочастотна характеристики;

• передаточна функція.

Частковими динамічними характеристиками є параме­три повних динамічних характеристик. Прикладами част­кових характеристик є тривалість реакції засобу вимірю­вання, коефіцієнт заспокоєння, власна резонансна частота та інші.

Неінформативні параметри сигналів. Ця група метрологічних характеристик встановлює допустимі діапазони значень параметрів сигналів, які безпосередньо не пов'язані з вимірюваною величиною, але можуть впливати на точність вимірювань.

Точність вимірювання є однією з найважливіших мет­рологічних характеристик засобу вимірювання.

Клас точності — це узагальнена характеристика точності засобів вимірювання, яка визначає межі допустимих основної і додаткової похибки.

Державними стандартами встановлено такі види позначення класу точності засобів вимірювання:

1. Засоби вимірювання, у яких переважає адитивна складова похибки, характеризуються гранично допустимим значенням зведеної похибки, поданої у відсотках. У цьому випадку клас точності позна-чається у вигляді числа з десятковою комою, наприклад 1,5; 0,5; 0,02.

Таким чином, якщо клас точності деякого засобу вимірювання позначено, наприклад, 0,5, то це означає, що гранично допустиме значення зведеної похибки γ_гр.д. виражене у відсотках, дорівнює 0,5, тобто

γ_гр.д. = = 0,5 %. (3.4)

де Х_ном — номінальне значення вимірюваної величини. Знаючи клас точності, можна визначати гранично допустимі значення абсолютних та відносних похибок вимірювання.

Наприклад, потрібно визначити абсолютну та відносну похибку результату вимірювання струму 68,6 мА за допо­могою амперметра класу 0,2 з номінальним значенням 75 мА.

Оскільки клас точності амперметра — це зведена похибка у відсотках, то абсолютне значення похибки визначається як

(3.5)

Відносна похибка вимірювання

δ = 100 % = 100 % = ±0,22 %. (3.6)

Таким чином, абсолютна похибка результату вимірювання струму 68,6 мА не перевищує ±0,15 мА, а відносна похибка не перевищує ±0,22%. Результат вимірювання можна записати у такому вигляді:

І = (68,60 ± 0,15) мА.

2 . Засоби вимірювання, в яких переважає мультиплікативна похибка, що характеризуються граничним допустимим значенням відносної похибки, поданої у відсотках. Клас точності в такому разі позначається у кружечку цифрою з десятковою комою, наприклад 1,0 .

В изначимо для прикладу абсолютну та відносну похибки результату вимірювання напруги 0,786 В цифровим вольтметром класу 0,02 . Відносну похибку вимірювання легко визначити, оскіль-ки клас точності 0,02 — це гранично допустиме значення відносної похибки у відсотках, тобто δ = 0,02 %.

Абсолютна похибка вимірювання

Δ = 0,786 = 0,00016 В. (3.7)

Результат вимірювання напруги цифровим вольтметром доцільно подати у вигляді U = (0,78600 ± 0,00016)В.

3. Клас точності засобів вимірювання, в яких адитивна та мультиплікативна складові похибки рівновеликі, позначається двома десятковими цифрами, розділеними косою рискою — с/d, наприклад клас 0,5/0,2; с = δ+γ — сума гранично допустимих значень відносної мультиплікативної та зведеної адитивної похибки засобу вимірювання; d= γ — гранично допустиме значення зведеної адитивної похибки засобу вимірювання.

Для прикладу визначимо абсолютну та відносну похибки результату вимірювання опору R_x=84,5кОм омметром, клас точності якого 0,5/0,2 і номінальне значення .R_ном=100кОм.

Відносна похибка вимірювання для приладу з таким класом точності визначається за формулою

; (3.8)

= ±0,54 % . (3.9)

Абсолютна похибка вимірювання

= ±0,46кОм. (3.10)

Результат вимірювання опору омметром становить:

R_x = (84,50±0,46)кОм.