что такое вариация показаний прибора и как ее можно определить метрология
Что такое вариация показаний прибора и как ее можно определить метрология
Метод и средства для измерения напряжения и тока.
При измерении напряжения и тока используют прямые и косвенные способы. Прямые измерения основаны на сравнении измеряемой величина с мерой этой величины или на непосредственной оценке измеряемой величины по отчетному устройству измерительного прибора. Косвенные измерения основаны на прямых измерениях другой величины, функционально связанной с измеряемой величиной. Например, косвенное измерение тока выполняют при помощи вольтметра, измеряющего напряжение на известном сопротивлении R0, и расчете тока по формуле
Погрешность косвенного метода измерения зависит от погрешности прямого измерения и погрешности расчета по функциональной зависимости (23). Сопротивление, используемое при косвенном измерении тока, называют шунтом. Дополнительная погрешность при косвенных измерениях обусловлена перераспределением тока между шунтом и вольтметром при изменении температуры окружающей среды. Для снижения температурной погрешности применяют специальные схемы компенсации,
В зависимости от рода тока приборы делят на четыре группы;
1) вольтметры постоянного напряжения (группа В2),
2) вольтметры переменного напряжения (группа ВЗ),
3) вольтметры импульсного напряжения (группа В4),
4) вольтметры селективные (группа В6).
Универсальные приборы, предназначенные для измерения постоянного и импульсного напряжения и тока, выделены в группу В7.
Программа работы
1. Определение основной погрешности, вариация показаний и поправку вольтметра.
2. Определение чувствительности и цены деления вольтметра.
3. Определение входного сопротивления вольтметра.
4. Определение частотного диапазона вольтметра.
5. Исследование влияния формы напряжения на показание вольтметра.
6. Определение погрешности при прямых и косвенных измерениях тока.
Порядок выполнения работы.
1. Определение основной погрешности, вариация показаний и поправки вольтметра выполняют по схеме, изображенной на рис. 1. В качестве поверяемого прибора используют вольтметр типа МПЛ-46, а образцовый служит цифровой вольтметр типа В2-23. Перед проведением измерений прибор В2-23 включить в сеть и выждать 10…15 мин. Затем произвести установку нуля и калибровку вольтметра И2-23 в соответствии с инструкцией по пользованию прибором. Кроме того, необходимо выполнить установку нуля вольтметра МПЛ-46, пользуясь корректором.
Для выполнения п.1 программы поверяемый вольтметр МПЛ-46 устанавливают на диапазон 15 В и измеряют напряжение на всех оцифрованных делениях шкалы, изменяя входное напряжение регулируемого источника ТЕС-13. Измерение напряжения на каждом оцифрованном делении шкалы МПЛ-46 производят дважды: один раз при возрастании напряжения (показание образцового вольтметра U’обр), а второй раз при убывание напряжения (показание образцового вольтметра U’’обр). При этом на образцовом вольтметре В2-23 необходимо выбрать поддиапазон, обеспечивающий не менее трех значащих цифр. Результаты измерений занести в ф.1.
Действительные значения на оцифрованных делениях шкалы поверяемого вольтметра определяют как среднее значение двух измерений Uср=(U’обр+U’’обр)/2.
Расчет погрешности измерений выполняют по формулам:
Абсолютная погрешность 
U=Uпов-Uср,
Относительная погрешность 
=(U/ Uпов)*100%,
Приведенная погрешность 
п=(U/ Uном) *100%,
где Uном=15 В – номинальное значение напряжения поверяемого.
Вариацию показаний вольтметра определяют по формулам:
Абсолютное значение вариации U=U’обр-U’’обр,
Приведенное значение вариации в=(Uобр/ Uном)*100%,
Поправку вольтметра вычисляют по формуле П=-U.
Из полученных значений п и в необходимо выбрать наибольшее и сравнить их с классом точности Кu поверяемого вольтметра. Если п макс и в макс окажутся больше Кu, то поверяемый вольтметр нельзя использовать с указанным классом точности.
Класс точности. Вариация и чувствительность приборов.
Класс точности — основная метрологическая характеристика прибора, определяющая допустимые значения основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения.
Класс точности средства измерений – обобщенная характеристика средства измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей (изменением показаний для измерительных приборов), а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливаются в стандартах.
Вариация (в технике) Вариация показаний измерительного прибора, наибольшее экспериментально найденное расхождение между показаниями прибора, полученными при повторных измерениях одной и той же величины. В. показаний вызывается такими причинами, как трение в опорах подвижной части измерительного прибора, явлениями гистерезисного характера (см.Гистерезис) и т.п. Она служит источником одной из составляющих погрешностей измерительного прибора.
Чувствительность измерительного прибора – отношение величины изменения сигнала на выходе измерительного прибора к величине вызывающей это изменение.
Классификация методов измерения.
Методы и средства измерения:
1) Прямое измерение – метод непосредственной оценки. Он предполагает преобразование сигнала одной физ-ой природы в др.
2) Косвенные измерения. Q = f(A,B,C…) (Q – расчетная величина, др – измеряемые)
3) Эталонные измерения (с помощью мер)
4) Промышленные измерения имеют невысокую точность. Требуется периодическая поверка приборов.
5) Лабораторные измерения исп-ся более точные устройства и методы. Исп-ют при поверки и испытаниях. Эти приборы наз-ют образцовыми. Измерение, полученное с помощью обр-ого прибора, наз-ся действ-ым значением.
6) Нулевой метод (компенсационный метод). В этом методе для того, чтобы узнать измер-ый параметр мы создаем др величину, которая равна измеряемой величине, но имеет обратный знак.
Выделяют следующие основные характеристики измерений:
1) метод, которым проводятся измерения;
2) принцип измерений;
3) погрешность измерений;
4) точность измерений;
5) правильность измерений;
6) достоверность измерений.
Метод измерений– это способ или комплекс способов, посредством которых производится измерение данной величины, т. е. сравнение измеряемой величины с ее мерой согласно принятому принципу измерения.
Существует несколько критериев классификации методов измерений.
1. По способам получения искомого значения измеряемой величины выделяют:
1) прямой метод (осуществляется при помощи прямых, непосредственных измерений);
2. По приемам измерения выделяют:
1) контактный метод измерения;
2) бесконтактный метод измерения. Контактный метод измеренияоснован на непосредственном контакте какой—либо части измерительного прибора с измеряемым объектом.
При бесконтактном методе измеренияизмерительный прибор не контактирует непосредственно с измеряемым объектом.
3. По приемам сравнения величины с ее мерой выделяют:
1) метод непосредственной оценки;
2) метод сравнения с ее единицей.
Метод непосредственной оценкиоснован на применении измерительного прибора, показывающего значение измеряемой величины.
Метод сравнения с меройоснован на сравнении объекта измерения с его мерой.
Принцип измерений– это некое физическое явление или их комплекс, на которых базируется измерение. Например, измерение температуры основано на явлении расширения жидкости при ее нагревании (ртуть в термометре).
Погрешность измерения– это разность между результатом измерения величины и настоящим (действительным) значением этой величины. Погрешность, как правило, возникает из—за недостаточной точности средств и методов измерения или из—за невозможности обеспечить идентичные условия при многократных наблюдениях.
Точность измерений– это характеристика, выражающая степень соответствия результатов измерения настоящему значению измеряемой величины.
Количественно точность измерений равна величине относительной погрешности в минус первой степени, взятой по модулю.
Правильность измерения– это качественная характеристика измерения, которая определяется тем, насколько близка к нулю величина постоянной или фиксировано изменяющейся при многократных измерениях погрешности (систематическая погрешность). Данная характеристика зависит, как правило, от точности средств измерений.
Основная характеристика измерений – это достоверность измерений.
Достоверность измерений– это характеристика, определяющая степень доверия к полученным результатам измерений. По данной характеристике измерения делятся на достоверные и недостоверные. Достоверность измерений зависит того, известна ли вероятность отклонения результатов измерения от настоящего значения измеряемой величины. Если же достоверность измерений не определена, то результаты таких измерений, как правило, не используются. Достоверность измерений ограничена сверху погрешностью измерений.
Классификация измерительных приборов.
Вариация показаний
Вариация показаний измерительного прибора нормируется пределом допускаемого значения табл. 1.1. Вычисляется вариация по формуле
Часто вариацию выражают в процентах:
где V определяется 1.14.
АNпов— нормирующее значение поверяемого прибора (1.8.,1.8а.)
1.2.3. Общие вопросы поверки приборов прямого действия (непосредственной оценки).
Приборы этого типа составляют основную массу электроизмерительных приборов.
При их поверке, как правило, выполняются следующие операции (проверки):
1. внешний осмотр прибора,
3. определение влияния наклона на показания прибора,
4. проверка электрической прочности изоляции и определение сопротивления изоляции,
5. определение основной погрешности и вариации показаний,
6. определение величины невозвращения указателя к нулевой отметке шкалы,
7. определение времени успокоения подвижной части прибора,
8. определение погрешности срабатывания контактного устройства,
9. определение основной погрешности записи показаний.
Конкретный перечень обязательного минимума операций устанавливается
в зависимости от назначения прибора и вида проверки.
1.2.4. Выбор метода поверки
Для определения основных погрешностей вариаций показаний, амперметров, вольтметров, ваттметров и варметров широкое распространение получили метод сличения с показаниями образцового прибора, компенсационный метод и метод термоэлектрического компарирования. Менее широко распространено применение калибраторов.
Метод сличения наиболее прост, не требует сложного оборудования и высокой квалификации поверителя. Практически метод применяется для поверки приборов класса точности 0,5 и менее точных.
Компенсационный метод применяют для поверки приборов класса точности 0,5 и более точных на постоянном токе. Метод термоэлектрического компарирования применяют для поверки приборов класса точности 0,2 и более точных на переменном токе.
1.2.5.1. Выбор средств поверки.
При поверке методом сличения необходимо выбрать образцовый прибор, источник питания и в некоторых случаях масштабный измерительный преобразователь (делители, шунты). Соотношение относительных (абсолютных) погрешностей образцового и поверяемого приборов должно быть, по крайней мере 1:5. Инструкция допускает применение образцовых приборов, у которых погрешность только в 2,5 раза меньше допустимой погрешности поверяемого прибора, однако в этом, случае необходимо вводить поправки к показаниям образцового прибора.
Класс точности образцового прибора следует рассчитывать по формуле
По возможности следует стремиться к тому, чтобы системы образцового и поверяемого приборов были одинаковыми. Очень удобно использование цифровых приборов в качестве образцовых.
1.2.5.2. Нормирование метрологических параметров амперметров и вольтметров.
Одной из основных характеристик прибора является erо класс точности который определяет пределы допускаемых основных и дополнительных погрешностей (табл.|1.1.)
Допустимое значение % для прибора класса точности
Основные показатели измерительных средств
К основным показателям относятся:
1) Диапазон измерений
3) Порог чувствительности
4) Вариация показаний
7) Время установления показаний
9) Потребляемая мощность
Чувствительность(S) – отношение измерения сигнала на входе прибора, в вызвавшему его изменению измеряемой величины x (S = ). Различают абсолютную и относительную S0 = ( )/x. Чувствительность характеризует способность прибора реагировать на измерение измеряемой величины.
Порог чувствительности –это изменение измеряемой величины, вызывающей наименьшее изменение показания обнаруженные наблюдателем, при нормальном для данного прибора способе отсчёта (100мкм – разрешение человеческого глаза).
Вариация показания – это средняя разность между показаниями прибора соответствующей данной точке, диапазон измерений при двух направлениях медленного многократного изменения измеряемой величины.
Показаниемназывают значение измеряемой величины, определяемой по отсчетному устройству прибора и выраженная в принятых единицах этой величины. Вариация характеризует на сколько устойчиво повторяются показания прибора при измерениях одних и тех же значений величин.
Погрешность измерений– называется отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешности бывают абсолютные, относительные, приведенные, основные и дополнительные.
Класс точности– это обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами влияющими на точность значения, которой устанавливается в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности характеризует свойства приборов в отношение точности, но не являются непосредственными показателями точности измерений выполняемых с помощью этих приборов, у которых пределы допускаемой основной погрешности, задаются относительно основной и дополнительной погрешности, присвоенной согласно ГОСТ-у. Класс точности выбирается из следующего ряда величин:
Время установления показаний– промежуток времени прошедший с момента измерения измеряемой величины до момента установления показаний. Для аналоговых приборов в момент установления показаний определяется моментом, когда амплитуда колебаний указателя становится не больше, чем погрешность прибора.
Быстродействие– это число измерений выполняемых в единицу времени. Этот показатель особенно важен для цифровых приборах, а также для аналоговых, когда одним прибором с помощью коммутируемого устройства необходимо измерять несколько медленно меняющих величин.
Потребляемая мощность– при подключении прибора к источнику измеряемой величины прибор неизбежно нарушает этот источник, потребляя некоторую мощность и чем меньше он потребляет, тем выше качество прибора и тем самым меньше погрешность измерений прибора.
Надёжность– это способность прибора сохранять свои показания в определенных пределах в течении установленного интервала времени при заданных условиях эксплуатации. Основными критериями надёжности являются вероятность безотказной работы, интенсивность отказа и среднее время безотказной работы, оценка надежности производится на этапе разработки измерительного прибора.
Определение вариации показаний
Определение вариации показаний
Как видите, приборы, измерения которых не превышали установленные пределы погрешности, были недостаточны для колебаний в измерениях, достигающих 3%. Одной из причин изменения значения измерения измерительного прибора с подвижной частью является трение в точке контакта между подвижной частью и неподвижной частью механизма. При проверке таких инструментов и определении результирующего отклонения В случае трения измерения проводятся как минимум дважды.
Существенным недостатком микрокаторов является применение для отсчета показаний тонкой, едва заметной стрелки, расположенной на относительно большом расстоянии от шкалы. Людмила Фирмаль
Измеренное значение плавно увеличивается и плавно уменьшается. В этом случае значение измерения должно быть отрегулировано таким образом, чтобы указатель измерительного устройства приближался, не приближаясь к соответствующей шкале на той или другой стороне. Во многих случаях необходимо учитывать не только изменения в показаниях калиброванного прибора, но также и изменения в показаниях стандартного прибора.
Несмотря на то, что большинство измерений не характеризуются изменчивостью, измерение все равно равно как минимум 2, если при проверке их используются стандартные приборы, которые могут иметь изменчивость показаний Должно быть сделано один раз. Влияние флуктуаций в показаниях примерного прибора устраняется путем расчета среднего значения результатов измерений. Если необходимо изменить положение устройства для устранения внешних воздействий (см. Стр. 111), количество измерений должно быть не менее 4 при одновременном определении изменения показаний.
Однако этот метод не обеспечивает полной уверенности в том, что фактическое отклонение показаний не превышает предела, полученного во время проверки при использовании прибора по следующим причинам: Во-первых, способ обнаружения изменения показаний во время проверки основан на предположении, что источником изменения является другое физическое явление, такое как трение или гистерезис, и что перемещение указателя задерживается при приближении к шкале, соответствующей измерению.
В эталонном хозяйстве государства к существующим 60 эталонам предстоит разработать вновь или дополнить и коренным образом реконструировать свыше 10 эталонных комплексов, в которые предполагается включить государственные и рабочие эталоны. Людмила Фирмаль
На практике показания прибора зависят от ряда случайных причин, но эти эффекты возникают с эффектами трения или гистерезиса, то есть, по крайней мере, с некоторым логическим влиянием на направление. Тем не менее, размер отклонения по своей природе является случайным. Кроме того, из-за других случайных эффектов изменчивость, полученная при определении значения изменчивости, не является полностью надежной.
Тем не менее, когда вышеуказанный метод используется для нормализации и различения отклонений индикации, это почти всегда предполагает, что эффекты явлений трения и гистерезиса имеют приоритет над другими случайными эффектами и являются наиболее опасными На основании. Вторая причина неполной достоверности определения изменений показаний описанным способом заключается в плавности и надежности увеличения или уменьшения измерения без пересечения установленных границ из-за состояния регулятора и последователей.
Это зависит от квалификации. Если инструмент проверен на многих уровнях, надежность вышеупомянутого приема немного улучшается. Значение изменения измеренного значения — это максимальная разница между измеренными значениями, полученными для всех меток.
Если вам потребуется заказать решение по метрологии вы всегда можете написать мне в whatsapp.
Образовательный сайт для студентов и школьников
Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института