Лабораторная работа. ПОВЕРКА ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ.

Лабораторная работа.
ПОВЕРКА ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ
ОЦЕНКИ.
1. Цель работы:
1.1. Ознакомиться с принципом работы и свойствами электроизмерительных приборов
различных систем и конструкций.
1.2. Усвоить методику поверки технических приборов непосредственной оценки
(показывающих).
2. Задание
2.1. Усвоить требования, предъявляемые к качеству измерительных приборов
непосредственной оценки, и методику их поверки.
2.2. Произвести поверку технического амперметра на соответствие требованиям ГОСТ
1845-59;
а) определить погрешность показаний и построить график поправок поверяемого
амперметра;
б) определить фактический класс точности прибора;
в) определить вариацию показаний прибора.
2.3. Произвести поверку технического вольтметра.
2.4. Произвести поверку технического ваттметра.
2.5. Начертить:
а) кривые поправок к поверяемым приборам;
б) кривые относительных приведенных погрешностей.
3. Теоретическая часть
Результат любого измерения, независимо от использованных измерительных приборов
и методов измерения, несколько отличается от действительного значения измеряемой
величины. Такое различие возникает из-за погрешностей измерительных приборов,
обусловленных несовершенством их конструкций.
Разность между результатом измерения Хизм и действительным значением измеряемой
величины Х0 называется абсолютной погрешностью измерения:
∆Х = Хизм - Х0
(1)
Абсолютные погрешности, взятые с обратным знаком, называются поправками:
с = - ∆Х .
(2)
Если измерения проводятся при нормальных условиях, точно соответствующих
условиям, при которых была проведена поверка прибора, то возникающая погрешность
называется основной. Основная погрешность возникает как результат неточности
изготовления, регулировки и градуировки измерительного прибора, несовершенства
использованных материалов и методов поверки прибора, неточности использованных мер
при градуировке и др.
За основную погрешность прибора, определяемую в ходе поверки прибора, принимают
наибольшую (по абсолютному значению) разность между показанием прибора и
действительным значением измеряемой величины, полученную из результатов измерения
при плавном увеличении и уменьшении измеряемой величины:
∆Хприб = /Хi – X0i /макс ,
(3)
где Хi – показание поверяемого прибора на выбранной отметке шкалы ;
X0i – показание образцового прибора.
Действительное значение измеряемой величины определяется также в процессе
измерения, но получают его более точными (образцовыми) измерительными приборами.
Допускаемая погрешность образцового прибора в том случае, когда поправки к
показаниям не учитываются, должна быть по крайней мере в 5 раз меньше допускаемой
погрешности испытуемого прибора, или не меньше чем в 2,5 раза меньше, если поправка
к показаниям образцового прибора учитывается.
Определяя погрешность показаний приборов, измеряемую величину плавно
увеличивают так, чтобы стрелка поверяемого прибора постепенно подходила к выбранной
отметке шкалы, не переходя за нее. Действительное значение измеряемой величины, и тем
самым и погрешность, определяется по показанию образцового прибора. То же самое
повторяют, уменьшая измеряемую величину и подводя стрелку прибора к выбранной
отметке шкалы с другой стороны.
Приборы должны испытываться на отметках шкалы, указанных в стандартах на
отдельные группы приборов. В большинстве случаев испытанию подлежат все
оцифрованные деления шкалы прибора.
Если это окажется более удобно, то допускается устанавливать действительное
значение измеряемой величины, соответствующее выбранной отметке шкалы, по
показанию образцового прибора, величину же основной погрешности определить по
величине отклонения указателя испытуемого прибора от поверяемой отметки шкалы.
Многопредельные приборы с однородной шкалой полностью поверяются только на
одном из пределов измерений, на остальных пределах определяются погрешностью на
конечной отметке шкалы и той, на которой ожидается наибольшая погрешность.
Щитовые приборы должны поверяться после 15-минутного прогрева номинальным
током и напряжением.
Для приборов переменного тока высших классов точности (0,5 и выше), поверяемых на
постоянном токе, погрешности определяются из результатов четырех измерений для
каждой выбранной отметки шкалы: два измерения проводятся как указано выше, а
последующие два- при противоположном направлении токов в катушках прибора и
соблюдении всех вышеуказанных требований. Для магнитоэлектрических приборов
последние два измерения проводятся после поворота прибора в горизонтальной плоскости
на 180° для исключения влияния магнитного поля земли и других полей.
Основная погрешность выражается в % от конечного (номинального) значения рабочей
части шкалы (основная приведенная погрешность)
Х приб
γпр=
[100%].
(4)
Х ном
Для приборов с неравномерной шкалой (например, омметры) основная погрешность
выражается в % от длины рабочей части шкалы.
Основная погрешность исправных приборов на всех отметках рабочей части шкалы не
должна превышать значения класса точности прибора.
Иногда электроизмерительные приборы используются в условиях, несколько
отличающихся от условий градуировки, например при температуре окружающей среды,
частоте тока и ряде других факторов, влияющих на точность показаний прибора,
отличающихся от условий градуировки. Для численной оценки влияния указанных
факторов на точность измерений вводится понятие дополнительной погрешности.
Дополнительная погрешность выражается также в % и указывается отдельно для
каждого фактора. Она определяется в ходе специальных испытаний.
Точность электроизмерительных приборов определяется классом точности. ГОСТ 184559 устанавливает восемь классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Класс точности
прибора К получается округлением до указанных значений наибольшей основной
приведенной погрешности, найденной экспериментально в процессе поверки прибора:
К≥ γпр.
Вариацией показаний прибора называется несовпадение показаний при измерении
одной и той же величины, но полученных при подходе со стороны начальных и конечных
отметок шкалы.
Вариация должна определятся как разность действительных значений измеряемой
величины при одном и том же показании испытуемого прибора или как разность
показаний испытуемого прибора при одном и том же значении измеряемой величины, в
том и другом случае при неизменной полярности (на постоянном токе):
X вар
или
γвар=
,
(5)
Х вар  Х oi'  X oi''
Х ном
где Х oi' – показание образцового прибора при подходе к выбранной отметке шкалы
испытуемого прибора со стороны начальных отметок шкалы;
''
X oi – то же при подходе к выбранной отметке со стороны конечных отметок шкалы.
Вариацию определяют при плавном подводе указателя к испытуемой отметке сначала со
стороны начальной, а затем со стороны конечной отметок шкалы.
Допускается определять вариацию в процессе определения основной погрешности.
При этом постукивание пальцем по корпусу прибора не допускается.
Вариация показаний электромагнитных и ферродинамических приборов не должна
превышать полуторакратного значения основной погрешности, для остальных приборов –
абсолютного значения основной погрешности.
Все приборы поверяются при номинальных значениях всех влияющих факторов
(температура, частота тока, cosφ и т.д.) посредством сравнения с показаниями образцового
прибора.
Точность нулевого положения стрелки прибора характеризуется невозвращением
указателя к отметке механического нуля. При плавном подходе к нулевой отметке от
конца шкалы отклонение стрелки от начального положения не должно превышать
величины δ , которая определяется выражением:
δ = 0,005KL,
где K - класс прибора;
L – длина шкалы прибора, мм.
Время успокоения tусп подвижной части прибора определяется с момента изменения
измеряемой величины до момента, когда отличие показаний прибора от установившегося
положения не превысит 1% от длины шкалы.
Время успокоения не должно превышать 4с.
Степень успокоения определяется первым отбросом ε , который вычисляется по
формуле:
ε=
1
,
c
(6)
где α1 - угловое перемещение указателя при изменении измеряемой величины;
αс – установившееся угловое отклонение.
Первый отброс не должен превышать значения 1,5.
Определение времени и степени успокоения производится при включении измеряемой
величины,
обусловливающей
стационарное
отклонение
указателя
прибора
приблизительно на геометрическую середину шкалы.
Время успокоения и первый отброс определяются как среднее из трех значений,
полученных при испытании прибора.
4. Описание лабораторной установки.
АП
А0
Р1
Р2
В
Рис.1. Схема поверки амперметра на постоянном токе.
Амперметр на постоянном токе поверяется по схеме рис.1. Оба прибора (Ап –
поверяемый, А0 – образцовый) должны иметь одинаковый номинальный диапазон
измерений.
Ток в цепи регулируется реостатами Р1 – грубо и Р2 – точно. Отношение сопротивлений
реостатов около 5÷10, номинальный ток – в зависимости от предела измерений
поверяемого амперметра. Полное сопротивление обоих реостатов определяется в
зависимости от напряжения источника питания и наименьшего значения тока, которое
необходимо устанавливать в процессе поверки амперметра.
На переменном токе поверку амперметра удобно проводить по схеме рис.2. Ток в цепи
регулируется лабораторным автотрансформатором АТр или реостатами Р1 и Р2 , которые
должны быть рассчитаны на ток 1÷2 А. Добавочное сопротивление Rд выбирается порядка
0,5÷1 Ом и позволяет улучшить плавность регулировки тока в области малых его
значений.
а)
АТР
НТР
В
АП
~220В
RД
А0
б)
НТР
В
~220В
АП
Р1
Р2
RД
А0
Рис.2. Схемы поверки амперметра на переменном токе с регулировкой тока
автотрансформатором (а) или реостатом (б).
Схема поверки вольтметра рис.3. одинаково хорошо пригодна для работы на
постоянном, так на переменном токе . Сопротивления реостатов Р1 и Р2 выбирают порядка
800÷1000 Ом и 60÷100 Ом при максимальном токе 0,25÷0,3 А.
Поверку вольтметра на переменном токе удобнее провести с помощью лабораторного
автотрансформатора (рис.4.), который позволяет плавно регулировать напряжение
до250В.
B
P1
~220В
Vn
Vp
P2
Рис.3. Схема поверки вольтметра.
Поверку ваттметра удобно провести по схемам с раздельным питанием катушек
прибора. Это упрощает схему, улучшает плавность регулировки и значительно уменьшает
потери энергии. Схемы содержат также контрольные приборы – амперметр и вольтметр,
позволяющие контролировать ток и напряжение в цепях ваттметров. Класс точности этих
приборов не имеет значения.
Схемы поверки ваттметра для постоянного и переменного токов даны на рис.5. и рис.6.
Выбор реостатов аналогичен, как в предыдущих схемах.
ATp
B
~220В
Vn
Vp
Рис.4. Схема поверки вольтметра на переменном токе.
P1
A
B1
~6÷12B
*
* Wn
B2
*
* W0
~120B
V
P2
Рис.5. Схема поверки ваттметра на постоянном токе.
АТР
НТР
RД
A
B
~220В
*
* Wn
P2
*
* W0
V
Рис.6. Схема поверки ваттметра на переменном токе.
5. Порядок выполнения работы.
5.1. Собрать схему лабораторной установки для поверки амперметра или вольтметра
(схема указывается преподавателем).
5.2. Провести предварительную проверку работоспособности поверяемого прибора:
а) реостаты Р1 и Р2 или регулируемой автотрансформатор АТр поставить в положения,
соответствующие минимальному току или напряжению, подаваемому на испытуемый
прибор;
б) включить напряжение питания;
в) плавным увеличением тока (напряжения) до номинального значения и обратно до
нуля убедиться, что стрелка прибора перемещается плавно и баз скачков в пределах всей
шкалы. Если стрелка прибора перемещается рывками или даже зацепляется, то прибор
требует ремонта и дальнейшей поверке не подлежит.
5.3. Определить величину невозвращения к отметке механического нуля:
а) установить корректором стрелку прибора на отметке механического нуля (ток или
напряжение отключены);
б) включить питание и увеличить ток (напряжение) до номинального значения;
в) плавным уменьшением тока (напряжения) до нуля проверить величину
невозвращения к отметке механического нуля; результат записать в таблицу 1. в графу
“погрешность абсолютная, ход вниз”.
5.4. Определить точность показаний и вариацию поверяемого прибора:
а) плавно увеличивая ток (напряжение), подвести стрелку испытуемого прибора к
первой оцифрованной отметке шкалы, не переходя за нее;
б) записать показания испытуемого и образцового прибора в таблицу 1. в графу “ход
вверх”;
в) в таком же порядке устанавливать стрелку испытуемого прибора последовательно на
все остальные оцифрованные деления шкалы и результаты записать в ту же таблицу в
графу “ход вверх”.
Таблица 1.
Результаты поверки амперметра (вольтметра)
N. Показания
п.п. поверяем.
прибора
Дел. А(В)
Показания образцового
прибора
Ход вверх Ход вниз
Дел. А(В) Дел. А(В)
Погрешности
Ход вверх Ход вниз
абс. отн. абс. отн.
А(В) %
А(В) %
ПоВариация
правка ∆Хвар γвар
средн.
А(В)
А(В) %
г) плавно уменьшая ток (напряжение), подвести стрелку последовательно к тем же
делениям в обратной последовательности и показания образцового прибора записать в
графу “ход вниз”.
5.5. Собрать схему лабораторной установки для поверки ваттметра (схема указывается
преподавателем).
5.6. Провести предварительную проверку работоспособности поверяемого прибора:
а) все регулирующие элементы схемы поставить в положения, соответствующее
минимальному току и напряжению, подаваемым на испытуемый ваттметр;
б) включить напряжение питания и реостатом Р2 отрегулировать напряжение на
ваттметре, равное номинальному (контроль напряжения проводить по вольтметру);
в) плавным увеличением тока до номинального значения и обратно до нуля, убедится,
что стрелка прибора перемещается плавно и без скачков в пределах всей шкалы.
5.7. Определить величину невозвращения к отметке механического нуля плавным
изменением тока при номинальном напряжении (далее см.п.5.3.).
5.8. Определить точность показаний и вариацию поверяемого ваттметра:
а) установить по контрольному вольтметру номинальное напряжение на ваттметре;
б) плавно увеличивая ток реостатом Р1 или автотрансформатором АТр, подвести
стрелку … и.т.д. см.п.5.4.; показания приборов записать в таблицу 2.
Таблица 2.
Результаты поверки ваттметра.
N
Покап.п. зания
вольтметра
В
Показания
амперметра
Показания
поверяемого
ваттметра
А
дел.
Вт
Показания
образцового
ваттметра
Ход
Ход
вверх
вниз
дел. Вт дел. Вт
Погрешности
По- Вариация
Ход
Ход вниз пр. ∆Хвар γвар
ср.
вверх
абс. отн. абс. отн.
Вт
%
Вт
%
Вт
Вт
5.9. По результатам поверки прибора определить его фактический класс точности.
%
6. Контрольные вопросы.
1. Что называют основной и дополнительной погрешностями измерительных
приборов?
2. Что называют относительной и относительной приведенной погрешностями
измерительных приборов?
3. Что такое вариация показаний прибора и как она определяется?
4. Что называется временем успокоения прибора?
5. Как определяется класс точности прибора и какие классы установлены ГОСТом?
6. Какие требования предъявляются к образцовым приборам, используемым для
поверки технических приборов?
7. Чем отличается поверка приборов постоянного и переменного тока, если поверка
производится на постоянном токе?
8. На каких делениях шкалы поверяются точность показаний измерительных приборов
и как они правильно устанавливаются?
9. В чем отличие поверки точности показаний амперметра и вольтметра от поверки
ваттметра?
10. Как правильно поверяется точность показаний многопредельных приборов?