Электроизмерительные приборы и их классификация. Классы точности приборов.

Лекция 21.

Основные понятия измерения. Погрешности измерений. Классификация электроизмерительных приборов.

Цель лекции: Обеспечить знания учащимися об электроизмерительных приборах

Задачи:      Раскрыть основные характеристики электроизмерительных приборов

 Развить умения по расчету погрешностей

                       

Количество времени: 2 час.

 

План Лекции:

1. Понятие измерений

2. Погрешности измерений:

       - абсолютная

       - относительная

       - приведенная, класс точности

3. Классификация электроизмерительных приборов:

       - по виду измеряемой величины

       - по физическому принципу действия

       - по роду измеряемого тока

       - по классу точности

4. Цифровые электроизмерительные приборы

5. Измерение электрических величин неэлектрическими методами.Датчики

           

Дидактическое обеспечение:

- Видеопрезентации

- Плакаты

- Видеопособие

 

Примеры:

- видеопримеры

Содержательная часть лекции:

Измерение — это определение физической величины ФВ опытным путем с помощью измерительных приборов.

Средства, позволяющие проводить измерения, называются средствами измерения.

Измерения в зависимости от способа получения результата подразделяются на прямые и косвенные.

 

 

Прямыми называют такие измерения, при которых искомое значение находится непосредственно по показанию приборов (измерение тока амперметром, напряжения — вольтметром, электроэнергии — счетчиком).

 

При косвенных измерениях результат определяют по формуле, включающей в себя величины, значения которых найдены с помощью прямых измерений (измерение электрического сопротивления с помощью вольтметра и амперметра — сначала измеряют напряжение и ток, а затем по закону Ома вычисляют сопротивление).

 

Существуют два основных метода электрических измерений: непосредственной оценки и сравнения.

 

 

При методе непосредственной оценки измеряемая величина определяется по показанию прибора.

Шкала прибора градуируется в соответствующих единицах измеряемой величины по эталонному прибору на заводе при изготовлении прибора.

Измерения вольтметром, амперметром, фазометром, ваттметром и т.д. Основными преимуществами этого метода являются простота измерений и малые затраты времени.

 

При методе сравнения измеряемая величина сравнивается с эталоном, образцовой или рабочей мерой. Точность измерений значительно выше, но возрастает и сложность измерений.

Погрешности измерений.

Из-за несовершенства приборов при всяком измерении появляется погрешность ∆, которая называется абсолютной.

  Абсолют ная погрешность измерения ∆ — разность между измеренным А и действительным А_Д значениями измеряемой величины.

∆ = А - А_Д

Например, сила тока в цепи 10 А, а амперметр, включенный в эту цепь, показывает 9,85 А

абсолютная погрешность показания прибора:

∆ = А - А_Д =9,85-10=-0.15 А

Абсолютная погрешность имеет размерность измеряемой величины и не позволяет сравнивать метрологические характеристики различных средств и методов измерений.

Поэтому вводят безразмерные формы погрешности — относительную и приведенную.

 

Относительная погрешность δ — отношение абсолютной погрешности к истинному (действительному) значению измеряемой величины.

Как правило, ее выражают в процентах

Истинное значение измеряемой величины не известно, поэтому обычно пользуются выражением

δ ≈ ∆/ А 100%

Величины ∆ и δ характеризуют точность измерения.

Чтобы оценить погрешность прибора, вводят приведенную погрешность γ-

Приведенная погрешность γ — отношение абсолютной погрешности ∆ к нормирующему значению А_норм.

Значение А_норм принято выбирать равным верхнему пределу шкалы прибора, т.е.

Приведенная погрешность прибора, находящегося в нормальных рабочих условиях

температура 293⁰ + 5⁰ К или 20⁰ + 5⁰ С, относительная влажность воздуха 65 + 1,5 %, напряжение в сети 220 В + 10 % с частотой 50 Гц + 1%, атмосферное давление от 97,4 до 104 кПа, отсутствие электрических и магнитных полей (наводок) называется о сновной погрешностью прибора

 

Абсолютная погрешность ∆ обусловлена систематическими и случайными погрешностями прибора, а также ошибками лица, проводящего измерения.

Систематическая погрешность остается постоянной или изменяется по определенному закону. Она возникает из-за влияния факторов, которые могут быть учтены. К ним относятся, например, температура, электромагнитные поля, радиация, несовершенство прибора и т.д.

Случайная погрешность возникает по случайному закону вследствие факторов, которые нельзя учесть. Оценку этой погрешности можно произвести только при большом количестве измерений, используя статистические методы.

Различают также погрешности, связанные с эксплуатацией прибора — основную и дополнительную.

Основная погрешность возникает при нормальных условиях эксплуатации, которые указаны в паспорте.

Дополнительная погрешность возникает при отклонении условий измерения от нормальных.

Погрешность измерительного средства характеризуют классом точности — значением приведенной погрешности в процентах.

 Это значение округляют до одного из следующих чисел, установленных для электроизмерительных приборов:

4,0; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05.

 

Цифра класса точности показывает величину допускаемой основной (приведенной) погрешности прибора в % вне зависимости от знака погрешности.

   Приборы классов точности

 

0.05 и 0,1 считаются контрольными

0,2 и 0,5 – лабораторными

1, 1,5 и 2,5 – техническими

4- учебными

 

 Так, для вольтметра, работающего в диапазоне измерений

0 – 30 В, класс точности 1,0 определяет, что указанная погрешность при положении стрелки в любом месте шкалы не превышает 0,3 В.

 

Класс точности является обобщенной метрологической характеристикой измерительного средства.

 

Прибор, у которого класс точности выражен меньшим числом, позволяет выполнять измерение с большей точностью.

 

 

Зная класс точности, можно найти абсолютную и относительную погрешности:

δ=γ А _max /А

Чем ближе измеряемая величина к наибольшему значению, которое позволяет измерить прибор, тем меньшая получается относительная погрешность при прочих равных условиях. Это обстоятельство следует учитывать при выборе предела измерения прибора для выполнения измерения.

 

По роду измеряемой величины

Название прибора	Измеряемая величина	Условное обозначение
Амперметр	Сила тока
Вольтметр	Напряжение
Омметр	Электрическое сопротивление
Ваттметр	Электрическая мощность
Частотомер	Частота тока

 

По способу представления измеряемой величины приборы подразделяются на аналоговые и цифровые.

Аналоговые приборы имеют шкалу со стрелкой и измеряют непрерывные электрические сигналы. Эти приборы могут быть электромеханическими или электронными.

Рисунок 4. Амперметр постоянного тока

Цифровые приборы измеряемый непрерывный сигнал переводят во временные импульсы, которые затем считываются цифровым устройством.

Рисунок 5.

Аналоговые приборы читаются хорошо, но небезупречно: черные стрелки указателей теряются на фоне таких же черных цифр, а жидкокристаллическая полоска снизу, с одометром, часами и указателем положения селектора АКП, может бликовать и почти не видна через солнце

1-показывающие (отсчет измерений)

Величины производятся по положению стрелки относительно шкалы

Рисунок 6.

 

2-регистрирующие (самопишущие)

 

Обеспечивают автоматическую запись измеренной величины на диаграмме + и непосредственный отсчет по измеренной стрелке.

Рисунок 6.

 

3-суммирующие (счетчики интеграторы)

 

Обеспечивают отсчет (суммирование) показаний за требуемый период работы (бывают и показывающими и самопишущими).

 

 

Рисунок 7. Устройства измерения расстояния

 

По роду тока различают приборы постоянного тока, переменного тока и комбинированные.

 

 

На процесс измерения также оказывает влияние расположение самого прибора, которое обозначается специальными значками на циферблате прибора.

 

По эксплуатационной группе

 

Группа	Температура окружающего воздуха, С^0
А (на шкале не наносится)	От 0 до + 35
Б	От – 30 до +40
В1	От – 40 до + 50
В2	От – 50 до + 60

 

 

Задание ДАЙТЕ ТЕХНИЧЕСКУЮ ХАРАКТЕРИСТИКУ ПРИБОРА

 

 

Рисунок 8

 

можно дать следующую техническую характеристику:

1 вольтметр (V) 2для измерения переменного напряжения (~) в пределах

3 от 0 до 150 В,4 шкала – неравномерная, 5 цена деления – 0-30 – 15В…60-90 – 5 В

6 электромагнитной системы 7 вертикального положения 8 класса точности 1,0. 9 Изоляция прибора испытана на напряжение 2 кВ

 год выпуска 1975, заводской номер 3275, 10 эксплуатационная группа Б.

При эксплуатации приборов необходимо соблюдать следующие основные правила:

- перед включением прибора стрелку при помощи корректора надо установить на нулевое деление шкалы;

прибор включать только в цепь того рода тока, для которого он предназначен,

- при измерениях корпус прибора должен занимать положение, соответствующее его нормальной установке.

 

К электроизмерительным приборам всех систем предъявляются следующие технические требования:

 

 - точность и надежность в работе и низкая стоимость

 - потребление по возможности малой мощности

 - способность не вносить заметных изменений в электрические параметры измеряемой цепи

 - более равномерные деления в пределах рабочей части шкалы

 - способность выдерживать возможно большую перегрузку

 - продолжительный срок службы без ухудшения своих качеств

 - надежная изоляция токоведущих частей от корпуса

 - показания не должны зависеть от влияния внешних факторов

 - стрелки приборов должны быстро устанавливаться у соответствующего деления шкалы. (быстросрабатывание)

 

В большинстве электроизмерительных приборов имеется подвижная и неподвижная части. Подвижная часть, включающая в себя катушку или стальной якорь, механически объединена со стрелочным указателем и возвратными пружинами из фосфористой бронзы

 

Рисунок 9.Устройство подвижной части электроизмерительного прибора

1- корректор; 2- возвратная пружина; 3- стрелка; 4- шкала

 

Принцип действия измерительных приборов независимо от их назначения сводится к следующему:

электрический ток, проходя через прибор, вызывает появление вращающего момента, под воздействием которого преодолевается противодействие спиральных пружин 2 и подвижная часть поворачивается на определенный угол α (рис.1). При этом стрелка 3 переместившись по шкале 4, укажет измеряемую величину.

Когда прибор отключается, вращающий момент исчезает и подвижная часть вследствие упругости пружин возвращается в исходное положение.

При изменении температуры окружающей среды упругость возвратных пружин меняется, что приводит к некоторому повороту подвижной части. Однако перед началом измерений стрелка прибора должна располагаться против исходного (нулевого) деления шкалы. Такую установку стрелки производят с помощью корректора 1.

По условиям эксплуатации подвижная система прибора должна быстро успокаиваться, что обеспечивается применением воздушного или магнитного успокоителя.

 

Задание на дом: Дайте техническую характеристику прибора

 

Лекция 21.

Основные понятия измерения. Погрешности измерений. Классификация электроизмерительных приборов.

Цель лекции: Обеспечить знания учащимися об электроизмерительных приборах

Задачи:      Раскрыть основные характеристики электроизмерительных приборов

 Развить умения по расчету погрешностей

                       

Количество времени: 2 час.

 

План Лекции:

1. Понятие измерений

2. Погрешности измерений:

       - абсолютная

       - относительная

       - приведенная, класс точности

3. Классификация электроизмерительных приборов:

       - по виду измеряемой величины

       - по физическому принципу действия

       - по роду измеряемого тока

       - по классу точности

4. Цифровые электроизмерительные приборы

5. Измерение электрических величин неэлектрическими методами.Датчики

           

Дидактическое обеспечение:

- Видеопрезентации

- Плакаты

- Видеопособие

 

Примеры:

- видеопримеры

Содержательная часть лекции:

Измерение — это определение физической величины ФВ опытным путем с помощью измерительных приборов.

Средства, позволяющие проводить измерения, называются средствами измерения.

Измерения в зависимости от способа получения результата подразделяются на прямые и косвенные.

 

 

Прямыми называют такие измерения, при которых искомое значение находится непосредственно по показанию приборов (измерение тока амперметром, напряжения — вольтметром, электроэнергии — счетчиком).

 

При косвенных измерениях результат определяют по формуле, включающей в себя величины, значения которых найдены с помощью прямых измерений (измерение электрического сопротивления с помощью вольтметра и амперметра — сначала измеряют напряжение и ток, а затем по закону Ома вычисляют сопротивление).

 

Существуют два основных метода электрических измерений: непосредственной оценки и сравнения.

 

 

При методе непосредственной оценки измеряемая величина определяется по показанию прибора.

Шкала прибора градуируется в соответствующих единицах измеряемой величины по эталонному прибору на заводе при изготовлении прибора.

Измерения вольтметром, амперметром, фазометром, ваттметром и т.д. Основными преимуществами этого метода являются простота измерений и малые затраты времени.

 

При методе сравнения измеряемая величина сравнивается с эталоном, образцовой или рабочей мерой. Точность измерений значительно выше, но возрастает и сложность измерений.

Погрешности измерений.

Из-за несовершенства приборов при всяком измерении появляется погрешность ∆, которая называется абсолютной.

  Абсолют ная погрешность измерения ∆ — разность между измеренным А и действительным А_Д значениями измеряемой величины.

∆ = А - А_Д

Например, сила тока в цепи 10 А, а амперметр, включенный в эту цепь, показывает 9,85 А

абсолютная погрешность показания прибора:

∆ = А - А_Д =9,85-10=-0.15 А

Абсолютная погрешность имеет размерность измеряемой величины и не позволяет сравнивать метрологические характеристики различных средств и методов измерений.

Поэтому вводят безразмерные формы погрешности — относительную и приведенную.

 

Относительная погрешность δ — отношение абсолютной погрешности к истинному (действительному) значению измеряемой величины.

Как правило, ее выражают в процентах

Истинное значение измеряемой величины не известно, поэтому обычно пользуются выражением

δ ≈ ∆/ А 100%

Величины ∆ и δ характеризуют точность измерения.

Чтобы оценить погрешность прибора, вводят приведенную погрешность γ-

Приведенная погрешность γ — отношение абсолютной погрешности ∆ к нормирующему значению А_норм.

Значение А_норм принято выбирать равным верхнему пределу шкалы прибора, т.е.

Приведенная погрешность прибора, находящегося в нормальных рабочих условиях

температура 293⁰ + 5⁰ К или 20⁰ + 5⁰ С, относительная влажность воздуха 65 + 1,5 %, напряжение в сети 220 В + 10 % с частотой 50 Гц + 1%, атмосферное давление от 97,4 до 104 кПа, отсутствие электрических и магнитных полей (наводок) называется о сновной погрешностью прибора

 

Абсолютная погрешность ∆ обусловлена систематическими и случайными погрешностями прибора, а также ошибками лица, проводящего измерения.

Систематическая погрешность остается постоянной или изменяется по определенному закону. Она возникает из-за влияния факторов, которые могут быть учтены. К ним относятся, например, температура, электромагнитные поля, радиация, несовершенство прибора и т.д.

Случайная погрешность возникает по случайному закону вследствие факторов, которые нельзя учесть. Оценку этой погрешности можно произвести только при большом количестве измерений, используя статистические методы.

Различают также погрешности, связанные с эксплуатацией прибора — основную и дополнительную.

Основная погрешность возникает при нормальных условиях эксплуатации, которые указаны в паспорте.

Дополнительная погрешность возникает при отклонении условий измерения от нормальных.

Погрешность измерительного средства характеризуют классом точности — значением приведенной погрешности в процентах.

 Это значение округляют до одного из следующих чисел, установленных для электроизмерительных приборов:

4,0; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05.

 

Цифра класса точности показывает величину допускаемой основной (приведенной) погрешности прибора в % вне зависимости от знака погрешности.

   Приборы классов точности

 

0.05 и 0,1 считаются контрольными

0,2 и 0,5 – лабораторными

1, 1,5 и 2,5 – техническими

4- учебными

 

 Так, для вольтметра, работающего в диапазоне измерений

0 – 30 В, класс точности 1,0 определяет, что указанная погрешность при положении стрелки в любом месте шкалы не превышает 0,3 В.

 

Класс точности является обобщенной метрологической характеристикой измерительного средства.

 

Прибор, у которого класс точности выражен меньшим числом, позволяет выполнять измерение с большей точностью.

 

 

Зная класс точности, можно найти абсолютную и относительную погрешности:

δ=γ А _max /А

Чем ближе измеряемая величина к наибольшему значению, которое позволяет измерить прибор, тем меньшая получается относительная погрешность при прочих равных условиях. Это обстоятельство следует учитывать при выборе предела измерения прибора для выполнения измерения.

 

Электроизмерительные приборы и их классификация. Классы точности приборов.