Что такое постоянная прибора

7.2. Погрешности измерений. Номинальные величины и постоянные приборов. Условные обозначения электроизмерительных приборов

7.2.Погрешности измерений. Номинальные величины и постоянные приборов. Условные обозначения электроизмерительных приборов.

7.2.1. Погрешности измерений и электроизмерительных прибо­ров.

Показания электроизмерительных приборов несколько от­личаются от действительных значений измеряемых величин. Это вызвано непостоянством параметров измерительной цепи (изменение тем­пературы, индуктивности и т. п.), несовершен­ством конструкции измерительного механизма (нали­чие трения и т. д.) и влиянием внешних факторов (внешние магнитные и электрические поля, изме­нение температуры окружающей среды и т. д.).

Разность между измеренным А_и и действительным А_д зна­чениями контролируемой величины называется абсолютной погрешностью измерения:

Если не учитывать значения измеряемой величины, то абсо­лютная погрешность не дает пред­ставления о степени точности измерения. Действительно, предположим, что абсолютная пог­реш­ность при измерении напряжения составляет DU = 1 В. Ес­ли указанная погрешность получена при измерении напряжения в 100 В, то измерение произведено с достаточной степенью точности. Если же погрешность DU = 1 В получена при измере­нии напряжения в 2 В, то степень точности недоста­точна. По­этому погрешность измерения принято оценивать не абсолют­ной, а относительной погреш­ностью.

Относительная погрешность измерения представляет собой отношение абсолютной погрешно­сти к действительному значе­нию измеряемой величины, выраженное в процентах:

. (7.3)

Поскольку действительное значение измеряемой величины при измерении не известно, для оп­ределения ΔU и γ можно воспользоваться классом точности прибора, представляющим собой обоб­щенную характеристику средств измерений, опреде­ляемую предельными допустимыми погрешно­стями.

Рекомендуемые файлы

Амперметры, вольтметры и ваттметры подразделяются на восемь классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Цифра, обозначающая класс точности, определяет наибольшую положи­тельную или отрицательную основную приведенную погрешность, которую имеет данный прибор.

Под основной приведенной погрешностью прибора пони­мают абсолютную погрешность, вы­раженную в процентах по отношению к номинальной величине прибора:

(7.4)

Например, прибор класса точности 0,5 имеет γ_np= ±0,5%. Погрешность γ_пр называется основной, так как она гаранти­рована в нормальных условиях, под которыми понимают тем­пературу окружаю­щей среды 20 °С, отсутствие внешних маг­нитных полей, соответствующее положение прибора и т. д. При других условиях возникают дополнительные погрешности. По­грешность γ_пр называется приве­денной, потому что абсолютная погрешность независимо от значения измеряемой величины выража­ется в процентах по отношению к постоянной величине А_ном.

Сравнивая (7.3) и (7.4), нетрудно получить

. (7.5)

Из (7.5) следует, что относительная погрешность измерения зависит от действительного значе­ния измеряемой величины и возрастает при ее уменьшении. Вследствие этого надо ста­раться по воз­можности не пользоваться при измерении началь­ной частью шкалы прибора. В случае необходимо­сти измере­ния малых величин следует применять другие приборы.

Пример 7.1. Номинальное напряжение вольтметра U_ном= 150 В, класс точности 1,5. С помощью вольтметра измерено напря­жение U = 50 В.

Определить абсолютную и относительную величину погрешности измерения, а также действи­тельное значение напряжения.

Решение. Абсолютная погрешность измерения

.

Действительное значение напряжения может лежать в пределах

Относительная погрешность измерения

7.2.2. Номинальные величины приборов.

Наибольшие значения напряжений, токов и мощностей, которые могут быть измерены перечисленными приборами называются номинальными напряжениями U_ном, токами I_ном и мощностями P_ном соответственно вольтметров, амперметров и ваттметров.

Номинальная мощность ваттметра в отличие от его номи­нальных напряжения и тока указыва­ется не всегда. Для ваттме­тра номинальное напряжение представляет собой наибольшее напряжение, на которое может быть включена обмотка напря­жения; номинальным током явля­ется наибольший ток, на ко­торый рассчитана последовательная обмотка.

Если номинальная мощность ваттметра не дана, то ее мож­но подсчитать по номинальному на­пряжению и току:

7.2.3. Постоянные приборов.

Постоянная (цена деления) прибора представляет собой значение измеряемой величины, вызы­вающее от­клонение подвижной части прибора на одно деление шкалы. Постоянные вольтметра, ам­перметра и ваттметра могут быть определены следующим образом:

где N — число делений шкалы соответственно вольтметра, амперметра и ваттметра.

Пример 7.2. Ваттметр имеет номинальное напряжение U_ном= 150 В, номинальный ток: I_ном = 5 А, число делений шкалы N = 150.

Определить номинальную мощность и постоянную ваттметра, а также его показание, если при измерении мощности подвижная часть отклонилась на N = 60 делений.

Постоянная ваттметра C_P = P_ном / N = 750/150 = 5 Вт/дел.

Показание ваттметра при отклонении его подвижной части на N = 60 делений

7.2.4. Чувствительность приборов.

Под чувствительностью приборов понимают число делений шкалы, приходящееся на единицу измеряемой величины. Чувствительность вольтметра, амперметра и ваттметра может быть опреде­лена следующим образом:

, делений на ватт.

7.2.5. Условные обозначения электроизмерительных приборов.

На лицевой стороне электроизмерительных приборов изобра­жен ряд условных обозначений, позволяющих правильно вы­брать прибор и дающих некоторые указания по их эксплуата­ции.

Согласно ГОСТ на лицевой стороне прибора должны быть изображены:

а) условное обозначение единицы измерения или измеряе­мой величины либо начальные буквы наименования прибора (табл. 7.1);

б) условное обозначение системы прибора (табл. 7.2);

в) условные обозначения рода тока и числа фаз, класса точ­ности прибора, испытательного на­пряжения изоляции, рабоче­го положения прибора, исполнения прибора в зависимости от условий эксплуатации, категории прибора по степени защищен­ности от внешних магнитных полей (табл. 7.3).

Источник

Глава первая. Основные принципы теплотехнических измерений

1-3. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ И СВОЙСТВ ПРИБОРОВ

Каждый измерительный прибор состоит из ряда частей и узлов и обладает заданными метрологическими свой­ствами.

а) Основные элементы измерительных приборов

Главными узлами измерительного прибора являются измерительное и отсчетное устройства. Первое из них непосредственно осуществляет измерение физической ве­личины при помощи чувствительного элемента и при необ­ходимости усиливает входной сигнал, а второе — пока­зывает, записывает или интегрирует полученное значение.

Измерительное устройство приборов весьма различно и зависит от рода измеряемой величины (давление, температура и т. д.) и принципа действия при­бора (механический, электрический и пр.). В большинстве случаев измерительное устройство состоит из подвижной и неподвижной частей. Перемещение подвижной части происходит под воздействием измеряемой величины на чувствительный элемент прибора.

Отсчетное устройство в зависимости от характера показаний приборов выполняется в виде: шкалы и указателя (показывающие приборы), записываю­щего приспособления и диаграммной бумаги (самопишущие приборы) и счетного устройства (интегрирующие при­боры).

Шкала показывающего прибора состоит из ряда последовательно нанесенных на плоском или профильном (цилиндрическом) циферблате 1 ( 1 Циферблатом называется лицевая сторона прибора, на которой нанесены шкала, условные обозначения и пояснительные надписи. ) отметок (делений), соот­ветствующих числовым значениям измеряемой величины..

Отметки и числа на циферблате называются градуировкой шкалы. Разность значений, соответствующих двум сосед­ним отметкам шкалы, выраженная в единицах измерения, носит название цены деления шкалы.

Показание прибора, характеризующее значение изме­ряемой величины, определяется согласно уравнению (1-1) как число отсчитанных делений, умноженных на цену деления шкалы. В некоторых случаях показание находится умножением отсчета на постоянную прибора, выражаемую в единицах измерения, а также по данным градуировочной характеристики прибора, представляющей зависимость (таблицу или график) отсчета от значения измеряемой величины, или посредством особого расчета.

Рис. 1-1. Шкалы измерительных приборов, а- прямолинейная; б- дуговая; в- круговая.

Начальное и конечное значения шкалы определяют собой диапазон показаний (пределы шкалы) прибора, а допускаемая по шкале по условиям точности область измерения представляет диапазон измерений прибора. В частном случае диапазоны показания и измерения могут быть равны между собой.

Указателем (рис. 1-3) у промышленных приборов служит хорошо заметная на расстоянии клиновая или клиновая стержневая стрелка, тогда как более точные приборы снабжаются ножевой стрелкой, конец которой имеет вид лезвия, расположенного нормально к плоскости шкалы.

У жидкостных стеклянных приборов указателем слу­жит видимый уровень (мениск) жидкости в измерительной трубке (рис. 1-4). Если жидкостью является вода или спирт, то из-за хорошей смачиваемости стенок образуется вогнутый мениск и отсчет показаний производится по нижней его границе, а в случае применения ртути — вы­пуклый мениск, позволяющий производить отсчет по верхней его границе.

У некоторых приборов применяется световой указатель отсчета (зайчик), получаемый от специальной лампочки при отражении луча на шкалу от зеркальца, закрепленного на подвижной части измерительного устройства. При измерении вначале отсчитывается целое число делений, пройденных указателем, а затем оценивается на глаз оставшаяся часть деления до указателя. При наличии коле­баний измеряемой величины дела­ется отсчет среднего ее значения.

Для отсчета показаний жидкостных стеклянных при­боров (высоты столба жидкости в трубке) с точностью до десятых долей миллиметра иногда применяется нониус, каждое деление шкалы которого на 0,1 меньше деления основной шкалы.

Примеры правильного I и неправильных II (заниженное показание) и III (завышенное показание) положений глаз наблюдателя при измерении жидкостным стеклянным прибором показаны на рис. 1 5.

При уменьшения расстоянияния l между шкалой и указателем и угла смещения глаз наблюдателя ошибка от параллакса понижается. Для устранения влияния параллакса в некоторых приборах на циферблате рядом со шкалой помещается узкая полоска зркала (рис. 1-6). Отсчет показаний у этих приборов про­изводится при таком положении глаз наблюдателя, при котором указатель и его изображение в зеркале сов­падают.

В самопишущих приборах обычно применяются бу­мажные диаграммные ленты и диски (рис. 1-7).

Диаграммная лента шириной 100—250 мм и длиной 15—30 м закладывается в прибор в виде рулонаили пакета (при складывающейся ленте).

3апись показаний прибора на диаграмме осуществляется непрерывной или точечной линией. Не­прерывная запись производится чаще в одноточечных приборах и выполняется металлическим или пластмассовым пером с запасом чернил.

Ширина линии записи пока­заний не превышает 0,6 мм. Точечная запись применяется в многоточечных приборах с диаграммной лентой и осу­ществляется периодическим (через несколько секунд) прижатием к диаграмме печатающего барабана, нанося­щего на ней точки, совмещенные с цифрами, указывающими порядковый номер места измерения. При вращении барабан касается обоймы с пропитанной краской про­кладкой.

Для перемещения диаграммы служит электрический или механический привод, содержащий встроенный в при­бор синхронный микродвигатель с редуктором 1 ( 1 Синхронные однофазные микродвигатели самопишущих при­боров обеспечивают правильный ход диаграммы во времени при постоянстве частоты, так как число оборотов микродвигателя меня­ется пропорционально частоте сети. Обычно погрешность переме­щения диаграммы за сутки составляет не более 5 мин.) или часо­вой механизм.

Счетное устройство интегрирующих прибо­ров (счетчиков или интеграторов) для отсчета показаний имеет стрелочный, роликовый или стрелочно-роликовый счетный указатель (рис. 1-8). В первом случае указатель содержит ряд круговых шкал, из них одна большая (шкала единиц) и несколько маленьких (шкала десятков, сотен и т. д.) с отношением 1 : 10, стрелки которых связа­ны между собой и с ведущей осью зубчатой передачей. Во втором случае указатель состоит из нескольких роли­ков (десятизубных колес) с нанесенными на ободе цифрами от 0 до 9, одна из которых у каждого ролика видна в окне циферблата. Крайнее справа колесо (колесо единиц) при каждом обороте ведущей оси поворачивается на один вубец. В момент перехода цифры с 9 на 0 это колесо вызы­вает поворот на один зубец смежного с ним колеса (колеса десятков), в окне которого появляется следующая очеред­ная цифра, и т. д. В третьем случае отсчет первой цифры производится по стрелочному указателю, а всех последующих по роликовому.

Приборы имеют конечный предел показаний счетного устройства, по достижении которого они снова начинают счет с нуля.

Измерительный прибор может быть кон­структивно выполнен как одно целое (в общем корпусе) или состоять из нескольких частей (в отдельных корпусах), самостоятельно участвующих в процессе измерения и представляющих собой измерительный комплект.

В обоих случаях прибор связывается с местом измерения при помощи соединитель­ной линии (проводов или трубок), передающей ему зна­чение измеряемой величины.

Большинство измерительных приборов с дистанцион­ной передачей показаний содержит в себе две самостоятель­ные части: первичный измерительный преобразователь (датчик) и вторичный прибор.

Первичный преобразователь, являю­щийся воспринимающей и передающей частью комплекта, снабженный чувствительным элементом, располагается, как правило, в месте измерения и подвергается непосред­ственному воздействию измеряемой величины.

Некоторые из вторичных приборов дополнительно снабжаются электроконтактным сигнализирующим уст­ройством, воздействующим на аппаратуру светозвуковой сигнализации при отклонении контролируемой величины за допускаемые пределы.

Приборы с более сложным устройством могут еще иметь промежуточный измерительный преобразователь, включаемый между первичным преобразователем и вторичным прибором и служащий, как правило, для преобразования, усиления и формирования выходного сигнала первичного преобразователя.

Защитные корпуса приборов изготовляются из алюминиевых сплавов, стали, пластмассы или дерева. Передняя сторона корпуса (перед отсчетным устройством) выполняется застекленной, причем усамопишущих при­боров для доступа внутрь (при смене диаграммной бумаги, заполнении пера чернилами и пр.) корпус снабжается застекленной крышкой на петлях, имеющей замок и рукоятку.

Корпуса приборов приспособлены для выступающего или утопленного монтажа (стационарные приборы), а так­же для установки на столе (переносные приборы). Прибо­ры для выступающего монтажа закрепляются на поверхности щитов и стен (рис. 1-10, а), а также на колоннах, кронштейнах, подставках и т. д. Прибо­ры для утопленного монтажа устанавливаются в специаль­ных вырезах в панели щита, из которых наружу выступает лишь передняя часть корпуса (рис. 1-10, б). Корпуса переносных приборов обычно выполняются в виде ящика со съемной крыш­кой, снабженного ручкой.

б) Основные свойства измерительных приборов

В зависимости от назначения, устройства и принципа действия измерительные приборы обладают различными метрологическими свойствами, которые в основном харак­теризуются точностью, чувствительностью, быстродей­ствием и надежностью работы.

Точность измерительного прибора определяется степенью достоверности его показаний, т. е. тем, насколько результаты измерений отличаются от истинных значений измеряемой величины.

Быстродействие прибора зависит от его инер­ционности, вызывающей запаздывание показаний. По­следнее характеризует время с момента начала из­менения измеряемой величины до момента показания его прибором. Инерционность приборов в большинстве слу­чаев вызывается тепловыми, механическими и гидравли­ческими факторами. Чем более быстродействующим яв­ляется прибор, тем выше его качество.

Надежность прибора 1 ( 1 ГОСТ 13216-74. Приборы и средства автоматизации ГСП. Надежность.) характеризует его свой­ство сохранять работоспособность в течение заданного времени. Под работоспособностью подразумевается сос­тояние прибора, при котором он может выполнять свои функции в соответствии с установленными для него тех­ническими требованиями. Часто в технической докумен­тации на прибор указывается вероятность безотказной его работы в заданном интервале времени.

Степень влияния на показания приборов неблагоприят­ных внешних условий (температуры, влажности и запы­ленности окружающего воздуха, вибрации и т. п.) также в известной мере определяет их качество. Условия эксплу­атации приборов должны по возможности соответствовать условиям их градуировки

.Обычно установка приборов разрешается в местах, не подверженных вибрации и загрязнению, а также воздействию высокой или низкой температуры и влажности окружающего воздуха.

Нормальная температура окружающего воздуха, при которой приборы должны давать правильные показания, принимается равной 20 °С*.(* ГОСТ 9249-59. Нормальная температура.).

Выбор того или иного типа измерительного прибора производится в зависимости от его свойств и технической характеристики, наличия у него необходимых основных (показание, запись) и дополнительных (интегрирование, сигнализация) устройств, дистанционной передачи пока­заний и рода выходного сигнала. При этом учитываются габариты и масса прибора, а также условия его эксплуата­ции, монтажа и ремонта.

Каждый поставляемый предприятием-изготовителем прибор снабжается паспортом, содержащим основные технические характеристики, а также техническим описа­нием и инструкцией по эксплуатации. В дальнейшем организация, использующая измерительный прибор, за­водит на него карточку (или формуляр), в которой после­довательно отмечаются все изменения состояния прибора, условия его работы, характер производимых ремонтов, поверки и т. п.

Источник

Глава 3. Электрические измерения и приборы

Следует отметить, что по относительным погрешностям оцени­вать точность, например, стрелочных измерительных приборов, весьма неудобно, так как для них абсолютная погрешность вдоль всей шкалы практически постоянная, поэтому с уменьшением зна­чения измеряемой величины растет относительная погрешность (1). Рекомендуется при работе со стрелочными приборами выбирать пределы измерения величины так, чтобы не пользоваться началь­ной частью шкалы прибора, т.е. отсчитывать показания по шкале ближе к ее концу.

Точности измерительных приборов оценивают по приведенным погрешностям, т. е. по выраженному в процентах отношению абсо­лютной погрешности к нормирующему значению A_Н :

Нормирующим значением измерительного прибора называется ус­ловно принятое значение измеряемой величины, могущее быть рав­ным верхнему пределу измерений, диапазону измерений, длине шкалы и др.

Погрешности приборов подразделяют на основную, присущую прибору при нормальных условиях применения вследствие несовер­шенства его конструкции и выполнения, и дополнительную, обусловленную влиянием на показания прибора различных внешних фак­торов.

Нормальными рабочими условиями считают температуру окружающей среды 20±5°С при относительной влажности воздухе 65±15%, атмосферном давлении 750±30 мм.рт.ст., в отсутствие вне­шних магнитных полей, при нормальном рабочем положении прибора и т. д. В условиях эксплуатации, отличных от нормальных, в электроизмерительных приборах возникают дополнительные погрешности, которые представляют собой изменение действительного значения меры (или показания прибора), возникающее при отклонении одного из внешних факторов за пределы, установленые для нормальных условий.

Допустимое значение основной погрешности эпектроизмерительного прибора служит основанием для определения его класса точности. Так, электроизмерительные приборы по степени точности подразделяются на восемь классов: 0.05; 01; 0.2; 0.5; 1.0; 1.5; 2.5; 4.0, причем цифра, обозначающая класс точности, указывает на наибольшее допустимое значение основной погрешности прибора (в процентах). Класс точности указывается на шкале каждого измерительного прибора и представляет собой жирно выделенную или об­веденную кружком цифру.

Шкалу прибора разбивают на деления. Цена деления (или постоянная прибора) есть разность значений величины, которая соответствует двум соседним отметкам шкалы. Определение цены деления, например вольтметра и амперметра, производят следующим образом:

N — число делений шкалы соответствующего прибора.

Но иногда встречаются приборы с неравномерно разбитой по делениям шкалой, цену деления нужно определять на участке шкалы, например, цену маленьких делений определяют на участке между большими делениями с цифровой разметкой.

Важной характеристикой прибора является чувствительность S, которую, например, для вольтметра S_U амперметра S_I определя­ют следующим образом:

3.4. Классификация электроизмерительных приборов и технические требования, предъявляемые к ним

Электроизмерительные приборы классифицируют по различным признакам.

По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы подразделяют на амперметры, вольтметры, ваттметры, счетчики электрической энергии, фазометры, частотомеры, омметры и т.д. Условное обозначение по роду измерительной величины (табл. 3.1) наносится на лицевую сторону прибора. На шкалах электроизмерителных приборов указывают также условные обозначения, отражающие род измеряемого тока, класс точности прибора, испытательного напряжения изоляции, рабочего положения прибора и т.д..(табл. 3.2).

Измерительные приборы бывают аналоговыми и цифровыми. Аналоговыми называют измерительные приборы, показания которых являют непрерывной функцией измеряемой величины. Цифровыми называют измерительные приборы, показания которых выражены в цифровой форме.

В зависимости от вида получаемой информации измерительные приборы подразделяют на показывающие, интегрирующие, суммирующие (табл 3.3).

Источник