WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
1 МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОРАДИОИЗМЕРЕНИЙ Пособие по специальности 014100 «Микроэлектроникаи полупроводниковые приборы» (СД-08) ВОРОНЕЖ 2003 2 Утверждено научно-методическим советом физического факультета Протокол №9 от 26.112.2002 Составители: Арсёнов А.В., Тутов Е.А., Лукин А.Н.

Научный редактор: Терехов В.А.

Пособие подготовлено на кафедре физики твёрдого телафизического факультетаВоронежского государственного университета.

Рекомендуется длястудентов IV курса дневного обучения 3 Работа N1: Принципы измерений, погрешности измерений.

Цель работы: Изучение погрешностей измерений, классов точности приборов, основных приёмов проверки измерительных приборов.

1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ Измерение - это нахождение значения физической величины с помощью специальных технических средств, т.е. измерение дает количественную информацию о состоянии объектаили процесса. В зависимости от физической природы измеряемых величин различают механические, тепловые, электрические и другие измерения.

Электрическими называют измерения электрических, магнитных величин, в том числе параметров электрических цепей, а также различных неэлектрических величин, предварительно преобразованных в электрические.

По способу получения результатаони делятся на прямые и косвенные. При прямых измерениях значение измеряемой величины находят непосредственно из опытных данных. К этому виду относятся измерения при помощи приборов, градуированных непосредственно в единицах измеряемой величины (силы тока - амперметром, частоты переменного тока - частотомером). При косвенных измерениях значение измеряемой величины получают на основании известной зависимости между данной величиной и другими, подвергаемыми прямым измерениям. Совокупными называют одновременные измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые их значения находят решением системы уравнений, получаемых в результатепрямых измерений различных сочетаний этих величин. Совместными называют одновременные измерения нескольких неодноименных величин длянахождения зависимости между ними.

Например, длянахождения коэффициентов и,определяющих температурную зависимость сопротивления проводников по формуле:

R = R20{1 + ( - 20 ) + ( - 20)2}, где R и R20 - значения сопротивления при температурах и 20° С соответственно, требуется одновременное определение и R дляразных значений. Коэффициенты и определяют решением системы уравнений.

1.2. ВИДЫ СРЕДСТВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ.

Средствами измерений называются технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики. К ним относятся мера, измерительный преобразователь, измерительный прибор, установка, измерительная информационная система, измерительный комплекс.

Мерой называют средство измерений, предназначенное длявоспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные, многозначные меры и наборы мер.

Измерительный преобразователь - это средство измерений, предназначенное длявыработки сигналаизмерительной информации в форме, удобной дляпередачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но недоступной длянепосредственного восприятия. В электротехнике - это масштабные преобразователи - измерительные трансформаторы, делители напряжения, шунты и т.д.

Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное для выработки сигналаизмерительной информации в форме, удобной длянепосредственного наблюдения. Каждый вид средств измерений может быть классифицирован по ряду признаков.

По виду выходной величины - аналоговые, выходная величина которых (линейное или угловое перемещение подвижной части измерительного механизма) является непрерывной по времени функцией измеряемой величины ;

цифровые, выходная величина которых - цифровой код - есть дискретная функция измеряемой величины.

По элементной базе - электромеханические, электронные, по форме представления измерительной информации - показывающие, регистрирующие. По методу измерительного преобразования – прямого действия, в котором предусмотрено одно или несколько преобразований в одном направлении (без обратной связи); приборы сравнения, предназначенные длянепосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно.

По назначению - амперметры, вольтметры, частотомеры, омметры. Измерительное устройство - это сочетание измерительного прибора с измерительным преобразователем, имеющим самостоятельное применение.

Измерительная установка - совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, расположенных в одном местеи предназначенных дляпредставления сигналаизмерительной информации в форме, удобной длянепосредственного наблюдения.

В измерительной информационной системе устройства связаны каналами связи, измерительная информация вырабатывается в форме, удобной дляавтоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления.

Измерительные комплексы служат дляполучения и обработки информации от сложного объекта, необходимой дляуправления объектом.

По метрологическому назначению средства измерений делятся на эталоны, образцовые и рабочие. Эталоны - средства измерений, обеспечивающие хранение и воспроизведение физических величин с целью передачи их размера образцовым и рабочим средствам измерений. Образцовые-предназначены дляпередачи размера единиц от эталонов крабочим средствам измерений. К ним относятся образцовое вещество и стандартный образец.



Образцовое вещество - образцовая мера в виде вещества с определенными свойствами, которые воспроизводятся при соблюдении условий приготовления, утвержденных в спецификации (чистые газы, металлы и пр.).

Стандартный образец - мера длявоспроизведения единиц величин, характеризующих свойства или состав веществ или материалов. Рабочие средства предназначены дляизмерений, не связанных c передачей единиц физических величин. Различают лабораторные и технические рабочие средства.

1.3. МЕТОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ.

Совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, образуют принцип измерения. Совокупность приемов использования принципов и средств измерений образует метод измерений. Существует два основных метода измерений - непосредственной оценки и метод сравнения с мерой. В методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора.

В методе сравнения значение измеряемой величины сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой, которая постоянно участвует в процессе измерений. Его разновидности - дифференциальный, нулевой, противопоставления, замещения и совпадений.

В дифференциальном методе на измерительный прибор (ИП) воздействует разность между измеряемой величиной (ИВ) и величиной, воспроизводимой мерой. Дляэтого метода характерно наличие одного источникапитания, применяют его дляизмерения параметров электрических цепей.

В нулевом методе результирующий эффект воздействия сравниваемых величин на прибор сравнения доводится до нуля (например, уравновешиванием моста).

В методе противопоставления устанавливается соотношение между ИВ и величиной, воспроизводимой мерой (метод компенсации ЭДС, напряжений). В методе замещения измеряемую величину замещают мерой.

Метод совпадений состоит в том, что разность между величинами измеряют, используя совпадения отметокшкал или периодических сигналов (измерение частоты переменного тока).

1.4. СТРУКТУРА И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ.

Сигнал измерительной информации функционально связан с измеряемой величиной. Поступая на вход средств измерений, он проходит ряд преобразований с помощью преобразовательных элементов. Ряд элементов, обеспечивающих прохождение измерительной информации от объектадо потребителя, называется измерительной цепью. Часть первого в измерительной цепи элемента, к которому непосредственно подведена измеряемая величина, называется чувствительным элементом. Измерительные цепи условно изображают в виде структурных, функциональных и принципиальных схем. Способ соединения элементов в структурной схеме (последовательный, встречнопараллельный и смешанный) определяет вид преобразования.

Прямое преобразование проходит в одном направлении без обратной связи.

Рис.1. Структурная схема средства измерения прямого преобразования.

В методе уравновешивающего преобразования измеряемая величина уравновешивается другой, физически однородной компенсирующей величи ной.

В методе следящего преобразования ИВ Х компенсируется величиной ХКОМП= Y, где Y - выходная величина, - коэффициент обратной связи.

Рис.2. Структурная схема средства измерений следящего уравновешивания а) б) Рис.3. Развертывающее уравновешивающее преобразование.

Разность Х = Х - Х сводится усилителем Ус к нулю, тогда можно КОМП принять Х= Х. Коэффициент обратной связи Кос = Y/Х =(1 + К ), где К КОМП = Y/ Х.

В методе автономного преобразования компенсирующая величина вырабатывается независимым источником и изменяется по определенному закону.

В моменты равенства Х = Х срабатывает устройство сравнения, коКОМП торое посылает сигнал на отсчетное устройство.

1.5. ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ, ФУНКЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ.

Функция преобразования Y = f(Х ), присвоенная конкретному типу измерительного устройства, называется номинальной (расчетной) характеристикой или градуировочной кривой. Реальная характеристикавсегда отличается от номинальной, не выходя за пределы допустимых значений, определяемых погрешностью измерительного устройства.

Чувствительность - это отношение сигналана выходе к вызвавшему его сигналу на входе. S X = Y/ Х (Y/Х, если f(Х ) линейна и проходит через начало координат). ДляИП со стрелочным указателем обратная величина S называется ценой деления - постоянной прибора: С X = 1/S X = (Х K - Х H)/N, где С X – цена деления, выраженная в единицах измеряемой величины, Х K - Х H - алгебраическая разность между конечным и начальным значениями шкалы прибора, N - число делений шкалы. Относительная чувствительность S X= Y/( Х /Х ) определяется единицей выходного сигнала Порог чувстви.

тельности - минимальное изменение входной величины, вызывающее визуально различимое изменение выходной величины.

Диапазон измерений - это область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности измерительного устройства. Этаобласть ограничена пределами измерений и может состоять из ряда поддиапазонов с различными нормированными погрешностями.

Рабочая область частот - это область значений частот измерительного устройства, в пределах которой нормируется дополнительная частотная погрешность.

Погрешности средств измерений связаны с отклонением реальной функции преобразования или градуировочной характеристики от номинальной.

Это отклонение является сложной функцией измеряемой и влияющих величин. Влияющей называется величина, не являющаяся измеряемой, но влияющая на результат измерения (температура воздуха, напряжение питающей сети и т.д.). При нормальном значении влияющей величины погрешность средств измерений минимальна. При выходе за пределы рабочей области погрешности средств измерений не нормируются. Эксплуатировать средства измерений в этом случае нельзя. Предельная область значений определяет условия хранения и транспортирования, при которых средство измерений сохраняет работоспособность послевозвращения в рабочие условия.





Нормативными документами (стандартами, ТУ) устанавливаются условия эксплуатации средств измерений в отношении влияющих величин. К нормальным относятся следующие условия эксплуатации: температура окружающего воздуха 20о С, относительная влажность воздуха 30 - 80 %, атмосферное давление 84 - 106 кПа (630 - 795 мм.рт.ст.), частотапитающей сети 50 или 400 Гц и т.д. Погрешность средства измерения при нормальных условиях применения называется основной. Для характеристики действия влияющих величин вводят понятие "изменение погрешности", вызванное отклонением одной из влияющих величин от нормального значения. Изменение погрешности меры называют дополнительной погрешностью.

По способу выражения погрешности средств измерения делят на:

а) абсолютные: = Х - Х 0, где вместо истинного значения ИВ пользуются действительным, которое устанавливают по образцовым средствам измерений или из градуировочных таблиц. Величину П = - называют поправкой.

б) относительную погрешность выражают в долях или процентах действительного значения: = {(Х - Х 0)/Х 0} • 100.

в ) приведенную погрешность выражают в долях или процентах нормирующего значения: = {(Х - Х 0)/Х H} • 100.

Нормирующее значение дляприборов с нулем в началешкалы прини мают равным конечному значению шкалы, дляприборов с нулем посредине - равным арифметической сумме конечных значений диапазона измерения.

Класс точности - это обобщенная характеристикасредств измерений, которая определяется пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Абсолютная погрешность средств измерений может быть выражена в виде одночленной: = ±а или двухчленной: = ± (a + b•Х), где - предел допускаемой абсолютной погрешности, Х - значение измеряемой величины, a и b не зависят от Х, а определяет постоянную во всем диапазоне составляющую - аддитивную составляющую погрешности, b определяет линейно зависящую от Х составляющую - мультипликативную.

Относительная погрешность также может быть выражена в виде одночленной: =/Х или двухчленной формулы: = /Х = ±{с + d•(Х K/Х- 1)},где Х K - конечное значение диапазона измерений, с, d - положительные числа с- численно равно относительной погрешности на верхнем пределе, измерения, d - на нижнем пределе, выраженной в долях верхнего предела.

По первому способу нормируется погрешность однозначных мер и масштабных преобразователей. В этом случае число, обозначающее класс точности, заключается в кружоки совпадает с пределом допускаемой основной погрешности, выраженной в %.

По второму способу нормируется погрешность магазинов сопротивлений и цифровых вольтметров. В обозначение класса точности входят два числаси d, разделенные чертой, например, = ±{0,05 + 4•10-6 •(Х K/Х -1)}, обозначение класса точности 0,05/4 •10-6.

Приведенная погрешность выражается формулой = ± / Х K, где - пределы допустимой приведенной погрешности в % нормирующего значения.

Средствам измерений, пределы допускаемых погрешностей которых нормированы приведенной погрешностью, присваиваются классы точности, выбираемые из ряда чисел: 1•10n; 1,5•10n; 2 •10n; 4•10n; 5•10n; 6•10n, где n =1;0;1;-2 и т.д., причем дляодного и того же значения n разрешается устанавливать не более пяти классов точности.

Длялюбого показания прибора Х пределы допускаемой относительной погрешности измерения =± (Х H/Х); это соотношение показывает, что для прибора с нулем в началешкалы, длякоторого Х H = Х K, соответствует только при Х = Х K. Длядругих значений может оказаться очень большой.

Поэтому при выборе прибора необходимо учитывать соотношение между Х и Х K. Величина Х должна превышать половину диапазона измерения прибора.

Условное обозначение класса точности зависит от способа выбора нормирующего значения при его определении по приведенной погрешности. Если нормирующее значение определяется в единицах измеряемой величины, то число, определяющее класс точности, совпадает с приведенной погрешностью. Например, если = ±1,5 %, то класс точности 1,5 (без кружка). Если нормирующее значение определяется длиной (для омметров), то.1 5 класс точности.

Многодиапазонным и комбинированным приборам могут присваиваться несколько классов точности. Дополнительные погрешности нормируются указанием пределов допускаемых дополнительных погрешностей длярабочей области значений влияющей величины или указанием функциональной зависимости дополнительной погрешности от изменения каждой влияющей величины.

Вариация показаний прибора характеризует степень устойчивости показаний прибора при измерении одной величины в одних и тех же условиях и определяется как разность показаний прибора при подходе стрелки к проверяемой отметкешкалы со стороны больших и меньших значений (конечной и начальной точек диапазона). b = - и не должна превышать основную погрешность.

1.6. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ.

Результат измерения не дает истинного значения измеряемой величины.

Причиной этого является несовершенство изготовления средств измерения, недостатки метода измерения и др.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.