Тема 7: электрические измерения и приборы

ТЕМА 7: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ

 

 

План

1. Основные метрологические (измерительные) понятия

2. Методы электрических измерений

3. Погрешности измерений

4. Классификация электроизмерительных приборов

5. Краткая характеристика систем приборов

 

Изучить конспект-лекцию, распечатать и вложить в тетрадь.

 

 

- 1 –

                        Основные метрологические понятия

Измерение — это нахождение значения физической величины опыт­ным путем с помощью специальных технических средств.

Чтобы произвести измерение, т. е. сравнить из­меряемую величину с единицей измерения, необ­ходимо иметь эту единицу — меру.

Мера — это сред­ство измерения, предназначенное для воспроизведе­ния физической величины заданного размера.

При измерениях используют не только меры, но и измерительные приборы, с помощью которых выполняют процесс сравнения измеряемой величины с единицей измерения.

Измерительный прибор — средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измеритель­ной информации в форме, доступной для непосредст­венного восприятия наблюдателем.

Показание прибора — это значение измеряемой величины, определяемое сделанным отсчетом и пе­реводным множителем (например, ценой деления).

Отсчет -   число, прочитанное по отсчетному устройству измерительного прибора (по шкале, циф­ровому табло).

- 2 –

Методы электрических измерений

Существует два основных метода электрических измерений:

1) метод непосредственной оцен­ки

2) метод сравнения.

 В методе непосредствен­ ной оценки измеряемая величина отсчитывается непос­редственно по шкале прибора. При этом шкала изме­рительного прибора предварительно градуируется по эталонному прибору в единицах измеряемой величи­ны. Как правило, такая градуировка производится на заводе при изготовлении прибора. Электроизмерительные приборы непосредственной оценки позволяют отсчитать числовое значение изме­ряемой величины на шкале или цифровом устройстве прибора.

Достоинства этого метода — удобство отсчета показаний прибора и малая затрата времени на операцию измерения.

Ме­тод непосредственной оценки широко применяется в различных областях техники для контроля и регули­рования технологических процессов, в полевых усло­виях, на подвижных объектах и.т. д.

Недостаток мето­ да — сравнительно невысокая точность измерений.

 

В методе сравнения измеряемая величина сравни­вается непосредственно с эталоном, образцовой или рабочей мерой. В этом случае точность измерений мо­жет быть значительно повышена. Метод сравнения используется главным образом в лабораторных усло­виях, он требует сравнительно сложной аппаратуры, высокой квалификации операторов и значительных затрат времени. В последнее время в аппаратуре срав­нения все шире внедряется автоматизация.

Электроизмерительные приборы подразделяют на две группы: приборы непосредственной оценки и при­боры сравнения.

Приборы непосредственной оценки (амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры и т. д.) позволяют определить числовое значение измеряемой величины по отсчетному устройству.

Приборы сравнения (мосты, компенсаторы) приме­няют для сравнения измеряемой величины с мерой. Их используют для проведения более точных измерений.

 

 

- 3 –

Погрешности измерений

 

Погрешность измерения – отклонение измеряемой величины от истинного значения по шкале прибора

1.   Абсолютная погреш­ность — это разность между измеренным и дейст­вительным значениями измеряемой величины:

 

∆А = А_изм  - А

 

где А_ИЗМ,, А — измеряемое и действительное значения; ∆А — абсолютная погрешность.

Абсолютную погрешность выражают в единицах измеряемой величины. Абсолютную погрешность, взятую с обратным знаком, называют поправкой.

2. Относительная погрешность β равна отношению абсолютной погрешности ∆А к действительному значению измеряемой величины и выражается в про­центах:

 

β = (∆А/А)*100, %

3. Приведенная погрешность измерительного прибо­ра — это отношение абсолютной погрешности к но­минальному значению. Номинальное значение для прибора с односторонней шкалой равно верхнему пределу измерения, для прибора с двусторонней шкалой (с нулем посередине) — арифметической сум­ме верхних пределов измерения:

 

Β_пр = (∆А/А_ном)*100, %

Наибольшее значение приведенной погрешности в рабочем диапазоне шкалы измерительного прибора называют основной приведенной погреш­ностью, выражают в процентах и указывают на шкале этого прибора. В соответствии с ГОСТ 9763 — 91 приборы подразделяются на восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5 и 4,0.

Решение задач № 8.6 – 8.12

 

Задачи

8.7. Вольтметр с пределом измерения 7,5 В и мак­симальным числом делений 150 имеет наибольшую абсолютную погрешность 36 мВ. Определить класс точности прибора и относительную погрешность
в точках 40, 80, 90, 100 и 120 делений.

8.8. Миллиамперметр с пределом измерения 300 мА и максимальным числом делений 150 был поверен в точках 20, 40, 60, 80, 100, 120,  140 и 150 делений. Образцовый прибор дал следующие показа­ния (мА): 39,8; 80,1; 120,4; 159,7; 199,5; 240; 279,6;300,3. Определить класс точности прибора и абсолютную погрешность в каждой точке.

8.8. Амперметр класса точности 1,5 имеет 100
делений. Цена каждого деления 0,5 А. Определить
предел измерения прибора, наибольшую абсолютную
погрешность и относительную погрешность в точках
10, 30, 50, 70 и 90 делений.

 

 

- 4 –

Цифровые приборы

 

В последние годы все большее распространение находят цифровые электроизмерительные приборы. Эти приборы измеряют значения непрерывно изменяю­щейся величины в отдельные (дискретные) моменты времени и представляют полученный результат в циф­ровой форме.

Представление непрерывно изменяющейся физиче­ской величины в виде последовательности ее дискрет­ных значений, отличающихся друг от друга на неболь­шую долю, называется квантованием измеряе­мой величины по уровню и по времени.

Основное достоинство цифровых приборов заклю­чается в том, что результат измерения может подвер­гаться дальнейшим физическим и математическим преобразованиям без увеличения погрешности, так как цифровое значение величины может быть с любой сте­пенью точности представлено последовательностью сигналов (например, импульсов), каждый из которых может иметь существенные искажения.

Основными элементами цифровых электроизмери­тельных приборов являются триггеры, логические схе­мы, бесконтактные ключи и цифровые указатели.

Триггеры представляют собой электронные схемы с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых со­ответствует цифре 0, другое — цифре 1. Из этих двух цифр в двоичной системе счисления можно построить любое число. Логические схемы позволяют перевести эти числа в десятичную систему и отобразить на циф­ровых индикаторах в привычной форме.

В качестве цифровых индикаторов широкое приме­нение находят электронные лампы с фигурными элект­родами, имеющими форму цифр от 0 до 9.

В настоящее время промышленностью выпускаются главным образом цифровые вольтметры. Разработаны и находят применение также цифровые амперметры, омметры, частотомеры, фазометры и другие приборы.

Применение цифровых приборов с дискретным от­счетом позволило создать многоканальные автоматиче­ские устройства для централизованного контроля мно­гих параметров, характеризующих сложные техноло­гические процессы. Измерение параметров производит­ся поочередно с заданной дискретностью по времени.

Цифровые электроизмерительные приборы имеют высокую точность (погрешность от 0,1 до 1%), боль­шое быстродействие, широкие пределы измерений, легко комплектуются с цифровыми вычислительными машинами, позволяют передавать результаты без искажения на неограниченные расстояния.

К недостаткам этих приборов следует отнести их сравнительную сложность и высокую стоимость.

 

ТЕМА 7: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ

 

 

План

1. Основные метрологические (измерительные) понятия

2. Методы электрических измерений

3. Погрешности измерений

4. Классификация электроизмерительных приборов

5. Краткая характеристика систем приборов

 

Изучить конспект-лекцию, распечатать и вложить в тетрадь.

 

 

- 1 –

                        Основные метрологические понятия

Измерение — это нахождение значения физической величины опыт­ным путем с помощью специальных технических средств.

Чтобы произвести измерение, т. е. сравнить из­меряемую величину с единицей измерения, необ­ходимо иметь эту единицу — меру.

Мера — это сред­ство измерения, предназначенное для воспроизведе­ния физической величины заданного размера.

При измерениях используют не только меры, но и измерительные приборы, с помощью которых выполняют процесс сравнения измеряемой величины с единицей измерения.

Измерительный прибор — средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измеритель­ной информации в форме, доступной для непосредст­венного восприятия наблюдателем.

Показание прибора — это значение измеряемой величины, определяемое сделанным отсчетом и пе­реводным множителем (например, ценой деления).

Отсчет -   число, прочитанное по отсчетному устройству измерительного прибора (по шкале, циф­ровому табло).

- 2 –