Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯСтр 1 из 8Следующая ⇒
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ
Методическое пособие к выполнению лабораторных работ Часть1
Хабаровск Издательство ДВГУПС УДК 006 (075.8) ББК Ж 10 я73 О-741
Рецензенты: Кафедра «Автоматика и телемеханика» Дальневосточного государственного университета путей сообщения, (заведующий кафедрой, кандидат технических наук, доцент Г. П. Малай)
Осипова Н.Г. Метрология, стандартизация, сертификация: метод. пособие в 2 ч. Ч. 1 / Н. Г. Осипова, Ю. А. Мильков.- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007. - 59 с.; ил.
Методическое пособие соответствуют государственному образовательному стандарту дисциплины «Метрология, стандартизация, сертификация» Представлены теоретические сведения, порядок и методика выполнения лабораторных работ, посвященных изучению систем прямопоказывающих приборов, методов поверки, мостовых методов измерения электрических величин, теории погрешностей и методов их оценки. Предназначено для студентов 1-го курса дневной формы обучения и 3-го ИИФО, обучающихся по направлению 657700 (190400) «Системы обеспечения движения поездов» специальности 210700 (190402) «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» всех специализаций.
УДК 006 (075.8) ББК Ж 10 я73
ã ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ДВГУПС), 2007 ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..… 4 1. Лабораторная работа № 1 «Изучение прямопоказывающих приборов»………………………………………………………………………... 5 2. Лабораторная работа №2 «Мосты переменного тока»………………..… 32 3. Лабораторная работа №3 «Измерение электрического сопротивления и емкости на постоянном токе»……………….………..... 49 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………………... 59
ВВЕДЕНИЕ Дисциплина «Метрология, стандартизация, сертификация» устанавливает и регламентирует единицы физических величин и их системы, правовые основы обеспечения единства измерений, включает общую теорию измерений, порядок передачи размеров единиц величин от эталонов образцовым и рабочим средствам измерений, теорию погрешностей, методы обработки результатов измерений, основные положения государственной системы стандартизации и сертификации. Методы и средства метрологии широко используются во многих сферах инженерной деятельности. Основная нагрузка дисциплины «Метрология, стандартизация, сертификация» применительно к телекоммуникационным специальностям ложится на метрологическую подготовку. Студенты данных специальностей, начиная с 1-го курса, выполняют лабораторные Работы, в основе которых лежат измерения. Результаты любых измерений, как бы тщательно они не выполнялись, содержат погрешности. Студент наряду с приобретением навыков измерений должен уметь анализировать полученные результаты и оценивать их точность. Настоящее пособие призвано помочь в изучении методов и средств измерений электрических величин, общих методов обработки результатов измерений и оценки погрешностей. Оно содержит теоретические сведения, порядок и методику выполнения следующих лабораторных работ: «Изучение прямопоказывающих приборов», «Мосты переменного тока» и «Измерение электрического сопротивления и емкости на постоянном токе». Пособие предназначено для студентов обучающихся по направлению «Системы обеспечения движения поездов» специальности «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» всех специализаций, а также может быть использовано студентами родственных специальностей, например, специальности «Средства связи с подвижными объектами».
Лабораторная работа № 1 «Изучение прямопоказывающих приборов»
Цель работы: ознакомиться с конструкцией и маркировкой электроизмерительных приборов различных систем; получить практический навык пользования авометром и проведения поверки.
Приборы: авометры Ц4360, Ц4317М, Ц4312 магазин сопротивлений Р33 №03973, генератор низкочастотный Г3 -118, источник постоянного тока «Агат» №18307
Содержание работы: 1) изучить устройство, принцип действия и характеристики приборов различных систем: магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, электростатической; 2) ознакомиться с условными обозначениями, наносимыми на лицевую панель измерительных приборов; 3) изучить устройство и принцип действия авометра и произвести измерения электрического сопротивления, тока и напряжения; 4) изучить классификацию погрешностей, способы их количественного выражения и нормирования; 5) познакомиться с видами и методами поверки (калибровки), произвести поверку одним из методов
Теоретическая часть Классификация приборов непосредственной оценки
Основной характеристикой прибора является система измерительного механизма – способ преобразования измеряемой электромагнитной величины в силу, перемещающую подвижную часть электроизмерительного прибора. Различают магнитоэлектрическую, электромагнитную, электродинамическую, ферродинамическую, электростатическую, термоэлектрическую и др. системы. В зависимости от возможных значений токов и напряжений в измеряемых цепях приборы непосредственной оценки подразделяют на микроамперметры, миллиампер метры, амперметры, килоамперметры, милливольтметры, вольтметры и киловольтметры. Амперметры включают в цепь последовательно, вольтметры – параллельно участку цепи (нагрузке, источнику напряжения и т. д.).
Область применения: - в многопредельных, широкодиапазонных вольтметрах, амперметрах в цепях постоянного тока; - в гальванометрах – высокочувствительных измерительных приборах с неградуированной шкалой; - в логометрах (двухрамочных механизмах); - в сочетании с преобразователями переменного тока в постоянный приборы используют для измерений в цепях переменного тока и для измерений сопротивлений.
Маркировка приборов Чтобы получить представление об особенностях прибора, не изучая техническое описание и паспорт, на шкалу и частично на лицевую панель прибора наносят маркировку. В связи с этим на приборах, используя условные обозначения, указывают: - род измеряемой величины (напряжение, ток, мощность, т. п.); - систему и класс точности прибора; - группу зависимости от условий эксплуатации (А – для работы в сухих отапливаемых помещениях; Б – в закрытых неотапливаемых помещениях; В1 – в полевых и В2 – в морских условиях); - категорию защищенности от электрических и магнитных полей (I или II в зависимости от этих влияний с допускаемыми изменениями класса точности); - стандарт, по которому изготовлен прибор; - рабочее положение шкалы прибора; - испытательное напряжение; - номинальную частоту тока, если она не равна 50 Гц; - номинальные ток и напряжение; - номинальную температуру, если она не равна 20 °С; - тип (шифр) прибора, год выпуска и заводской номер, фабричную марку завода-изготовителя. В приложении А приведены условные обозначения, наносимые на лицевую панель приборов. Авометр
Ампервольтомметры (авометры) получили наибольшее распространение среди переносных приборов. Они являются комбинированными приборами, предназначенными для измерений постоянных и переменных токов и напряжений, а также электрических сопротивлений в широких пределах. Наиболее совершенные приборы позволяют дополнительно измерять емкости, импульсные токи и уровни передачи. Схемы авометров представляют собой сочетание в различных комбинациях многопредельных амперметров, вольтметров и омметров. Отсчет всех видов измеряемых величин производится по разным шкалам общего стрелочного магнитоэлектрического измерителя (микроамперметра) с током полного отклонения 50 - 200 мкА. Для повышения чувствительности в некоторых приборах применяют усилители постоянного тока. Предельные значения измеряемых токов для большинства авометров составляют от нескольких единиц миллиампер до 10 А, напряжений – от 10 мВ до 1000 В, сопротивлений – от нескольких Ом до 10 МОм. Внешний вид и принципиальная схема прибора Ц4312 представлены на рис. 9 и 10. Преобразователь переменного тока в постоянный (рис. 10) состоит из диодов VD1, VD2 и резисторов R1, R2. Для переключения измерительных цепей служит сопряженный переключатель S1 с передвижными контактами S1.1 и S1.2. Измеряемые цепи подключают к входным зажимам 1 и 2. При измерении переменного напряжения создается цепь: входной зажим 1, резистор R4, контакт S1.1 переключателя S1, VD2, R2, S1.2, микроамперметр mА, RЗ и входной зажим 2. При измерении постоянного напряжения контакт S1.1 подключает R12 к измерителю. При измерении тока цепь измерителя (mА, RЗ и R6, соединенные последовательно) подключают параллельно шунту R5. При переключении S1.1 в положение «W» к омметру подключается гальванический элемент GВ1, при переключении в положение «kW» – еще один элемент GВ2. Переменный резистор R7 используют для установки стрелки омметра на нулевую отметку шкалы. Остальные резисторы схемы Прибор Ц4312 измеряет постоянные токи от 0, 3 мА до 6 А (девять пределов измерений), постоянные напряжения от 75 мВ до 900 В (10 пределов), переменные токи от 1, 5 мА до 6 А (восемь пределов), переменные напряжения от 0, 3 до 900 В (девять пределов) сопротивления постоянному току от нескольких Ом до 3 МОм. Класс точности прибора при измерениях на постоянном токе 1, 0, на переменном – 1, 5. Перед измерением такие приборы обычно устанавливают в горизонтальное положение. Указатель (стрелку прибора) устанавливают корректором на начальные отметки шкал. Общий зажим прибора «*» заземляют при измерениях на повышенных частотах. Включение приборов в измеряемую цепь производят с помощью прилагаемых к приборам соединительных проводов с наконечниками и зажимами. При измерении тока переключатель «род работы» устанавливают в положение «–» (постоянный ток) или «~» (переменный ток). Предел измерения устанавливают в зависимости от ожидаемого значения измеряемой величины. Если последняя неизвестна, то устанавливают максимальный предел измерения тока. Прибор включают в цепь с помощью соединительных проводов, подключаемых к зажимам «–» и «I». Отсчет измеряемой величины производят по шкале, обозначенной знаком «–» при постоянном токе или «~» при переменном. Напряжения измеряют в такой же последовательности, только переключатели устанавливают в положение постоянных или переменных напряжений U. Сопротивления постоянному току до 300 кОмизмеряют при питании прибора от сухого элемента с напряжением 1, 5 В, установленного внутри прибора. Переключатель устанавливают в положение «rx». Соединительные провода присоединяют к гнезду «+rx» и к одному из гнезд «x1», «x10» и «x100» в зависимости от ожидаемого значения измеряемого сопротивления. Соединительные провода замыкают накоротко. Вращением регулятора «Уст. 0» стрелку прибора устанавливают на нулевую отметку шкалы «W». Если это не удается, меняют сухой элемент и повторяют операции. После регулировки соединительные провода размыкают и с помощью наконечников подключают их к измеряемому сопротивлению. Отсчет измеряемой величины производят по шкале «W» с умножением показаний на установленный множитель. При измерениях сопротивлений на пределе 3 МОм источником питания служит наружная батарея 11, 5 - 15 В. Батарею подключают положительным полюсом к зажиму «+rx», отрицательным – к гнезду «x1000». Вращением регулятора «Уст. 0» стрелку прибора устанавливают на нулевую отметку шкалы «W». Положительный полюс батареи отключают от зажима «+rx» и между полюсом батареи и зажимом включают измеряемое сопротивление. Отсчет производится по шкале «W» с умножением показаний на 1000. В некоторых авометрах предусматривают возможность измерения уровня передачи по напряжению или мощности. Уровни передачи делят на абсолютные и относительные. При измерении абсолютных уровней передачи измеряемые напряжение U2 или мощность Р2 сравнивают с исходными значениями напряжения U0 = 0, 775 В или мощности P0 = 1 мВт: или . Уровни передачи измеряют в относительных логарифмических единицах – децибелах. При измерении относительных уровней сравнивают напряжения или мощности в различных точках измеряемой цепи: или . Если в авометрах предусмотрена возможность измерения уровня передачи, то, как правило, ими измеряют абсолютные уровни по напряжению. Шкалу градуируют в децибелах, нуль шкалы соответствует напряжению 0, 775 В. Погрешности
Любое измерение выполняется приближенно, т.е. с некоторой погрешностью. Погрешности характеризуются разностью между измеренным и истинным значениями измеряемой величины. Различают погрешности: - средств измерений; - измерений. Погрешность измерений определяется в результате обработки результатов измерений. Методика обработки зависит от числа измерений. Погрешность измерительного прибора определяется поверкой, т.е. сравнением показаний поверяемого прибора (меры) с показаниями более точного образцового прибора (меры) при измерении ими одной и той же величины. По способу числового выражения различают абсолютные погрешности измерений D, выраженные в единицах измеряемой величины, относительные d, и приведенные выраженные в процентах. , (1) , (2) где измеренное значение величины; истинное значение. Приведенная погрешность выражается в процентах от наибольшего значения рабочей шкалы прибора: . (3) В процессе измерений необходимо оценить те погрешности, устранить которые не удается. Если погрешности измерений известны, то результат записывают в виде: или .
Поверка средств измерений
Поверка средств измерений –совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы или другими уполномоченными на то органами и организациями с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим требованиям. Поверке подвергаются средства измерений: - при выпуске из производства; - после ремонта; - при ввозе по импорту; - в процессе эксплуатации. В связи с этим различаю следующие виды поверок: - первичная; - периодическая; - внеочередная; - экспертная; - инспекционная. Калибровка отличается от поверки лишь тем, что совершается в отношении над средствами измерения, не подлежащими государственному метрологическому контролю и надзору. В отличие от поверки калибровка носит добровольный характер. Допускается применение четырех методов поверки (калибровки): - непосредственное сличение с эталоном; - сличение с помощью компаратора; - прямые измерения величины; - косвенные измерения величины. В лабораторной работе поверка производится методом прямых измерений. Суть метода заключается в сличении испытуемого прибора с эталонным на оцифрованных делениях шкалы в определенных пределах измерений. Измерения производят в двух направлениях: сначала значение измеряемой величины повышают от нуля до номинального (максимального) значения , затем, наоборот, снижают от до нуля. Устанавливают такие значения параметра, которые совпадают с оцифрованными значениями рабочей шкалы поверяемого прибора (рис. 11). Значение измеряемой величины, определяемое по образцовому прибору, считают действительным значением . Затем для каждого измерения рассчитывают погрешность и по максимальному значению определяют действительный класс точности прибора ( ). Измерительные приборы делятся по точности на восемь классов: 0, 05; 0, 1; 0, 2; 0, 5; 1, 0; 1, 5; 2, 5; 4, 0. Класс прибора определяет наибольшую допустимую погрешность в рабочей части шкалы. Например, если максимальное значение , то класс точности поверяемого прибора – 1, 0.
Порядок выполнения работы: 1) изучить теоретический материал, относящийся к данной лабораторной работе; 2) изучить маркировку на лицевой панели лабораторных приборов; 3) измерить электрическое сопротивление: - подключить соединительные провода к зажимам, обозначенным «*» и «V, мА, kW»; - установить переключатель «тип измерений» в положение «rx»; - установить переключатель «предел измерений» в положение «kW» с множителем «x1», либо «x10», либо «x100» в зависимости от ожидаемого значения; - проверить (перед измерением) установку стрелки прибора в «нулевое положение», для чего перемкнуть между собой соединительные провода и вращением ручки «Уст. 0» добиться нулевых показаний по шкале; значение сопротивления в килоомах отсчитываются по шкале, обозначенной «kW» и умножаются на соответствующий множитель; - непосредственно измерить величину сопротивления, набранную на магазине сопротивлений (порядка нескольких килоом); 4) измерить переменное напряжение: - установить переключатель «тип измерений» в положение «~»; - установить переключатель «предел измерений V» на максимальное значение напряжения; - подключить авометр к источнику измеряемого напряжения (к измерительному генератору); - вращением переключателя «предел измерений V» постепенно снизить значение предела измерений, до тех пор, пока стрелка прибора не окажется во второй части шкалы; - значение напряжения , В, отсчитывается по шкале, обозначенной «V, мА», с учетом множителя «x1» или «x2» , где количество делений; цена деления, В/дел ( , где максимальное значение напряжения, В; максимальное число делений шкалы); 5) измерить постоянное напряжение, вырабатываемое источником постоянного тока «Агат»: - установить переключатель «тип измерений» в положение «-»; - далее необходимо следовать тем же правилам, что и при измерении переменного напряжения; 6) измерить силу постоянного тока: - установить переключатель «тип измерений» в положение «-»; - переключатель «предел измерений мА» установить на максимальное значение силы тока; - собрать схему измерений в соответствии с рис. 12; - вращением переключателя «предел измерений мА» постепенно снизить значение предела измерений, до тех пор, пока стрелка прибора не окажется во второй части шкалы; - значение силы тока , мА, отсчитывается по шкале, обозначенной «V, мА», с учетом множителя «x1» или «x2» , где количество делений; цена деления, мА/дел ( , где максимальное значение силы тока, мА; максимальное число делений шкалы); 7) результаты измерения сопротивления, напряжения и силы тока оформить в виде табл. 1, определить наибольшую абсолютную погрешность
Таблица 1
8) произвести калибровку прибора Ц4317М: - собрать схему проведения калибровки (рис. 12), подключив в нее поверяемый (калибруемый) миллиамперметр (во избежание перегрузки источника питания «Агат» установить R≠ 0); - рекомендуется процедуру калибровки проводить по току в диапазоне от нуля до 5 мА; регулируя сопротивление магазина R, установить стрелку поверяемого (калибруемого) прибора на минимальное оцифрованное деление ; - не изменяя значение R, вместо поверяемого (калибруемого) миллиамперметра подключить образцовый прибор, показания которого зафиксировать в табл. 2; - сравнить показания образцового (эталонного) и поверяемого (калибруемого) приборов, рассчитать приведенную погрешность ; - аналогично провести измерения и расчет для остальных оцифрованных делений поверяемого прибора (сначала в сторону увеличения величины тока до максимального значения , затем от в сторону уменьшения); - результаты калибровки оформить в виде табл. 2; Таблица 2
Примечание: i – число измерений. - по максимальному значению определить класс точности прибора, сравнить его указанным на лицевой панели, сделать вывод о пригодности средства измерения к применению.
Отчет должен содержать: 1) цель работы; 2) краткие сведения и устройство приборов различных систем; 3) принципиальную схему авометра; 4) таблицы с результатами измерений и выводы.
Контрольные вопросы 1. Каковы правовые аспекты метрологической деятельности? 2. Каково устройство и принцип действия приборов магнитоэлектрической системы? 3. Каково устройство и принцип действия приборов электромагнитной системы? 4. Каково устройство и принцип действия приборов электродинамической системы? 5. Каково устройство и принцип действия приборов ферродинамической системы? 6. Каково устройство и принцип действия приборов электростатической системы? 7. Каково устройство и принцип действия приборов термоэлектрической системы? 8. Чем образован вращающий и противодействующий момент в приборах различных систем? 9. Какие из рассматриваемых систем реагируют на полярность тока? 10. Расскажите о маркировке приборов. 11. Каково назначение и устройство авометра? 12. Как установить стрелку авометра в нулевое положение? 13. Для чего служит корректор: 14. Приведите классификацию погрешностей. 15. Дайте понятие классу точности. 16. Что такое децибел? 17. Дайте понятие калибровке и поверке. 18. Расскажите о методах и схемах поверки.
Приложение А
Обозначение принципа действия приборов
Обозначение по виду преобразователя
Примеры применения обозначений по защите от магнитных и электрических влияний
Примеры обозначения трехфазных ваттметров, варметров
Обозначение рабочего положения прибора Примеры обозначений Обозначение зажимов
Лабораторная работа №2 «Мосты переменного тока»
Цель работы: изучить мостовой метод исследования параметров двухполюсников, исследовать работу измерительного моста переменного тока Е7-11
Приборы: универсальный измеритель Е7-11, магазин емкостей Р5025, катушка индуктивности.
Содержание работы: 6) изучить метод и схемы измерения емкостей и индуктивностей мостом переменного тока 7) произвести измерение емкости и тангенса угла потерь конденсатора и индуктивности и добротности катушки универсальным мостом переменного тока; 8) оценить истинное значение на основании ограниченного ряда измерений Теоретическая часть Общие сведения
Основными параметрами элементов и цепей с сосредоточенными параметрами являются сопротивления резисторов, емкость конденсаторов, тангенс угла потерь конденсаторов, индуктивность и добротность катушки, взаимоиндуктивность двух катушек, сопротивление колебательного контура, входное сопротивление цепи. Наиболее часто отечественные электронные измерители параметров цепей обозначают Е6 – Е7 и буквой Р. В общем случае сопротивление цепи – комплексная величина (часто обозначение модуля и точку над опускают). Сопротивление называют активным, если оно содержит только действительную составляющую, т. е. , , . В электрических схемах роль активного сопротивления выполняет резистор . Сопротивление емкости и индуктивности носит реактивный характер, т.к. содержит только реактивную составляющую т. е. , , , . При измерений емкостного и индуктивного сопротивления имеют дело не с самой комплексной величиной, а с её модулем: , . Фаза в выражении показывает опережение или отставание фазы напряжения относительно фазы тока. Так в цепи емкости фаза напряжения отстает от фазы тока на 900, а в цепи индуктивности, наоборот, напряжение опережает ток на 900. Ток, протекающий через активное сопротивление, совпадает по фазе с напряжением на нем. Таким образом, колебания токов (напряжений) для емкости и индуктивности находятся в противофазе (табл. 1). Таблица 1 Сопротивление элементов
Потери в конденсаторе принято оценивать тангенсом угла потерь . Угол представляет собой угол, который дополняет до 90о угол сдвига фаз между током, протекающим в цепи конденсатора, и напряжением на нем. В случае конденсатора с малыми потерями (обычно конденсатор небольшой емкости, рис. 1, б) величина потерь определяется из выражения для последовательного соединения элементов Разделив действительную составляющую на мнимую, получим выражение для тангенса угла потерь . Схема замещения конденсатора с большими потерями (конденсатор большой емкости с твердым диэлектриком, рис. 1, г) предполагает параллельное соединение элементов, . Преобразовав выражение, получим . Отсюда
Мосты переменного тока
Мостовые измерительные схемы относят к уравновешенным цепям, в которых ток или напряжение на определенных участках цепи приводится к нулевому значению путем изменения соотношения между значениями измеряемой и образцовой величин. Приведение к нулевому значению называют уравновешиванием, или балансировкой моста. Мостовые схемы широко применяют для измерения параметров индуктивностей , емкостей и сопротивлений . Наибольшее распространение имеет схема четырехплечего моста (рис. 2), сопротивления которого в общем случае носят комплексный характер , , , Условие равновесия моста переменного тока будет определяться двумя уравнениями . (для амплитуд), (для фаз). Обычно в мостах переменного тока два плеча состоят из активных сопротивлений, а два других плеча являются комплексными сопротивлениями и . Плечо моста с комплексным сопротивлением известно и называется образцовым, а – неизвестно. Для выполнения условий равновесия необходимо наличие в плечах моста двух элементов с регулируемыми параметрами: одного активного сопротивления, а другого реактивного элемента. Поскольку изготовление высокодобротных образцовых катушек вызывает определенные трудности, то в качестве образцовой меры в мостах переменного тока применяется конденсатор. Плечо является плечом измерений пределов при всех видах измерений. В качестве сопротивления плеча используют активное сопротивление . Измерение емкости осуществляют схемой с отношением балансных плеч: и – активные балансные, – образцовое, а – измеряемое. А индуктивность измеряют схемой с произведением балансных плеч: и – активные балансные, – образцовое, а – измеряемое В мостах переменного тока обычно используют генераторы переменного напряжения с частотами 100 и 1000 Гц. Мостовой метод применяется и для измерения параметров электролитических конденсаторов. В этом случае переменное напряжение подается через понижающий трансформатор. Для поляризации конденсаторов в схему моста (рис. 3, а) подается дополнительное постоянное напряжение, примерно равное рабочему напряжению конденсатора .
Универсальный мост Е7-11
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 1934; Нарушение авторского права страницы