Основные теоретические положения.

Для оценки параметров отдельных физических величин используются контрольно-измерительные средства. Качество измерительных средств характеризуется совокупностью показателей, определяющих его работоспособность, точность, надежность и эффективность применения.

Для обеспечения гарантированной точности измерений проводится периодическая поверка измерительной аппаратуры.

Поверка измерительного средства - это определение соответст­вия действительных характеристик измерительного средства техниче­ским условиям или государственным стандартам. При осуществлении поверки применяются измерительные средства поверки - специально предусмотренные средства повышенной точности по сравнению с пове­ряемыми измерительными средствами. Методы поверки - совокупность поверочных измерительных средств, приспособлений и способ их применения для установления действительных метрологических показате­лей поверяемых измерительных средств.

В практике поверки измерительных приборов нашли применение два способа:

- сопоставление показаний поверяемого и образцового приборов;

- сравнение показаний поверяемого прибора с мерой данной величины.

При поверке первым способом в качестве образцовых приборов выбираются приборы с лучшими метрологическими качествами.

Для поверки приборов постоянного тока в качестве образцовых принимаются магнитоэлектрические приборы, а для поверки приборов переменного тока - электродинамические.В последнее время исполь­зуются цифровые приборы.

Верхний предел измерений образцового прибора должен быть та­ким же, как и поверяемого или не превышать предел измеряемого прибора более чем на 25%.

Допустимая погрешность образцового прибора должна быть 3...5 раз ниже погрешности поверяемого прибора.

Погрешность выражают в виде абсолютных и относительныхвеличин.

Различают:

а) абсолютную погрешность измерительного прибора:

ΔХ = Х_П – Х_Д,

где Х_П (показания прибора ИП) и Х_Д(показания прибора А2)- соответственно показание прибора и действительное значение измеряемой величины образцовым прибором;

б) относительную погрешность средства измерения, часто выражаемую в процентах:

DХ

g_о = ----- 100%,

Хо

где DХ - абсолютная погрешность.

Для оценки многих средств измерений широко применяется приведенная погрешность, выражаемая в процентах:

DХ

g_о.п. = ------ 100%,

Х_н.з.

где Х_н.з - нормирующее значение, т.е. некоторое значение, по отношению к которому рассчитывается погрешность.

Часто в качестве нормирующего значения для приведенной погрешности принимают верхний предел измерения прибора. Для многих средств измерений по приведенной погрешности устанавливают класс точности прибора. Например, прибор класса 0,5 может иметь основную приведенную погрешность, не превышающую 0,5%.

Многопредельные приборы поверяют на одном, двух основных пределах, а на других в некоторых точках.

В результате поверки устанавливают приведенную погрешность и по ней класс точности прибора.

Амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы применяются для измерений токов в цепях постоянного напряжения.

Рис. 1. Устройство прибора магнитоэлектрической системы.

Магнитная цепь прибора состоит из постоянного магнита, полюсных наконечников, неподвижного цилиндра. В воздушном зазоре между поверхностями полюсных наконечников и цилиндра создается радиальное поле, которое в силу малости воздушного зазора можно считать равномерным. Рамка с обмоткой крепится на полуосях и может поворачиваться в зазоре.

    Принцип действия магнитоэлектри-ческих приборов (рис.1) основан на взаимодействии поля постоянного магнита 1 и проводников в виде рамки 2, расположенных на стальном сердечнике 4, по которым протекает измеряемый ток I. Сила F, с которой магнитное поле постоянного магнита (N-S) действует на рамку с током I, зависит от величины тока I и магнитной индукции поля B = S×F, где S – площадь рамки, а F - магнитный поток. В результате силового воздействия постоянного магнитного поля на рамку с током создается вращающийся момент

М_вр = с×F×I= Y_о·I,

(гдес – коэффициент пропорциональности), который заставляет рамку 2 вращаться; Y_о - постоянная прибора, зависящая от числа витков и площади обмотки и от индукции в зазоре.

Поскольку стрелка 3 измерительного прибора жестко связана с осью рамки, стрелка прибора начинает перемещаться. Момент М_вр при определенном угле поворота уравновешивается противодействующим моментом М_пр, создаваемым пружиной 5.Стрелка устанавливается на определенном делении шкалы при равенстве моментов М_вр = М_пр. Угол поворота стрелки:

a = с·I

прямо пропорционален величине измеряемого тока I, следовательно, шкаламагнитоэлектрическогоприбораравномерная.

Направление вращающегося момента, определяемое по правилу левой руки, изменяется, если ток меняет свое направление, поэтому на клеммахприбора обязательно указывается полярность (+ и -) для правильного включения прибора (отклонение стрелки от нуля слева направо (см. рис.1)).

В результате взаимодействия магнитного поля и тока обмотки создается вращающий момент, пропорциональный току:

М_вр.= Y_о·I,

где Y_о- постоянная прибора, зависящая от числа витков и площади обмотки и от индукции в зазоре.

Противодействующий момент:

М_пр.= W·a,

где W - удельный противодействующий момент пружины.

    Уравнение шкалы прибора:

Y_О

a = ------- I = S_I·I,

W

где S·I - чувствительность прибора.

Магнитоэлектрические приборы работают только на постоянном токе.

Если магнитоэлектрический прибор включить в цепь переменного синусоидального тока, то на его измерительную катушку (рамку) будут действовать быстро изменяющиеся по величине и направлению силы, среднее значение которых равно нулю. В результате стрелка прибора не будет отклоняться от нулевого положения. Поэтому для измерений в цепях переменного тока магнитоэлектрические приборы можно применять только со специальными преобразователями.

Магнитоэлектрические приборы выполняются в виде амперметров и вольтметров постоянного тока. Достоинства приборов данной системы: высокая точность измерений; равномерная шкала; незначительное потребление энергии; малая чувствительность к посторонним (наведенным) магнитным полям.

    Недостатки: необходимость применения специальных преобразователей для измерений в цепях переменного тока; чувствительность к перегрузкам.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Что называется измерением?

2. Что такое мера и измерительный прибор? Как они подразделяются по назначению?

3. Что такое погрешность? Дайте определение абсолютной, относительной и приведенной погрешности.

4. Каким должно быть соотношение классов точности образцового и поверяемого амперметров?

5. На шкале измерительного прибора имеется обозначение 1,0. Что это значит?

6. Что понимается под поверкой средств измерений?

7. Прибор какого класса точности следует выбрать для поверки амперметра класса 1,5; 2,5?    

8. Напишите уравнение шкалы приборов магнитоэлектрической системы.

9. Каким образом включается в цепь амперметр и почему?

10. Чему равны показания амперметра, включенного в цепь при разомкнутой и замкнутой цепи?

11. Какие требования предъявляются к электроизмерительным приборам?

12. Почему прибор магнитоэлектрической системы измеряет только постоянные токи или напряжение,

13. Каким образом можно расширить пределы измерения амперметра?

14. Как определяют цену деления приборов?

15. Какую шкалу имеют магнитоэлектрические приборы?

16. Что такое класс точности прибора?

17. Как связан класс точности прибора с абсолютной погрешностью?

18. Как определить абсолютную и относительную погрешности прибора?

19. В какой части шкалы прибора наиболее целесообразно проводить измерения и почему?

20. Где указывается класс точности прибора?

21. Каковы условные обозначения различных электроизмерительных систем и где они указываются на приборе?

22. Какие варианты способа сличения показаний поверяемого и образцового приборов Вам известны?

23. Как проверяют соответствие поверяемого прибора указанному на шкале классу точности?

24. Возможно ли проведение поверки вольтметра класса 0,5 с помощью вольтметра класса 0,2?