ВВЕДЕНИЕ, Методика выполнения измерений
Получение результатов измерений с известной точностью, не превышающей допускаемых пределов, является важнейшим условием обеспечения единства измерений. Таким образом, МВИ, отвечающие современным требованиям, играют решающую роль в обеспечении единства измерений.
МВИ определяют качество измерений, разрабатываются и применяются с целью обеспечения измерений физических величин с точностью, правильностью и достоверностью, удовлетворяющих регламентированным для них норм.
Существует два вида МВИ: типовая и индивидуальная.
Типовая МВИ, Индивидуальная МВИ
Целью данной курсовой работы является получение практических навыков разработки индивидуальной МВИ, для применения её в лабораторном практикуме. Основными этапами данной курсовой работы являются:
- формирование исходных данных для разработки МВИ;
- выбор методов и средств измерений (СИ);
- разработка проекта документа на МВИ;
- При разработке МВИ одним из основных исходных требований является требование к точности измерений.
1. разработка основных этапов мви
.1 Формирование исходных данных
Измеряемые величины — активная и реактивная мощность, выделяемые в сети переменного однофазного тока промышленной частоты.
Характеристики измеряемых величин:
активная мощность, Вт, не более ……………..17,0
реактивная мощность, Вар, не более…………..28,0
Нормы точности измерений:
Пределы допускаемого относительного
отклонения показаний от измеряемой
активной мощности, %, не более …………….. ± 1,0
Пределы допускаемого относительного
отклонения показаний от измеряемой
реактивной мощности, %, не более …………….. ± 4
Условия измерений:
- диапазон температуры окружающего воздуха, 0 С, ……15-25
- относительная влажность , % ………………………………….50-80
частота напряжения питания, Гц ……………………………..45-55
Характеристики объекта:
ток в сети, А……………………1,4
напряжение в сети, В……………25,0
Применение динамических характеристик средств измерения при измерении ...
... просто определить и контролировать. Из теории и практики динамических измерений известно, что предпочтительнее применение прямых методов определения полных динамических характеристик. В этом случае при использовании стандартных испытательных ...
угол φ, эл. градусов, не более..60,0
вид нагрузки в сети……………….RC
1.2 Выбор методов и средств измерений
Предварительный анализ показал, что для измерений активной мощности однофазного переменного тока промышленной частоты могут быть применены два принципа измерений:
- с помощью амперметра, вольтметра и фазометра (с последующим вычислением по формуле P=UIcosφ (1));
- с помощью прибора для измерения активной мощности — ваттметра.
Для реализации первого метода применяют три прибора: снимают показания с каждого и вычисляют по формуле (1) показание по активной мощности. Максимально допустимое относительное отклонение показаний от измеряемой активной мощности в этом случае вычисляют по формуле:
,(2)
где 
— максимально допустимые относительные отклонения показаний соответственно вольтметра, амперметра и фазометра от измеряемых величин соответственно напряжения, тока, угла φ .
В нашем случае не должно превышать ±1,0%.
При использовании вольтметра класса точности 0,5 с пределом измерений 50В, амперметра класса точности 0,5 с пределом измерений 4А и фазометра класса точности 0,5 с пределом измерений 90 эл. градусов максимально допустимые относительные отклонения показаний соответственно вольтметра, амперметра и фазометра от измеряемых величин будут:
U =0,5%
I = 0,5%
φ = =0,3%
акт = =0,76%
Для реализации второго метода достаточно применения одного прибора — ваттметра, измеряющего активную мощность. В настоящее время для измерения мощности переменного тока промышленной частоты используют электродинамические и ферродинамические ваттметры. В нашем случае применение одного из указанных измерительных механизмов зависит от пределов измерений этих приборов, а так же от их классов точности.
О влиянии на проводимые измерения внешних магнитных полей в задании ничего не сказано, следовательно, ими можно пренебречь. Кроме того, можно применить экранированный прибор или с астатическим механизмом. На приборы с ферродинамическими измерительными механизмами внешние магнитные поля влияния не имеют. Однако показания электродинамических ваттметров более точные, т. е. приборы имеют классы точности 0,1; 0,2; 0,5. В отличие от ферродинамических, имеющих классы точности редко 1,0 и чаще 1,5; 2,5.
Из этого следует, что в нашем случае применить необходимо прибор электродинамической системы для обеспечения требуемой точности измерений активной мощности. В литературе [3] останавливаем свой выбор на многопредельном ваттметре Д57. Его основные метрологические характеристики: I ном. =2; 4А, Uном. = 30-45-60 В, кл.т.0,1. Максимально допустимое относительное отклонение показаний от измеряемой активной мощности определяем по формуле
(3)
Погрешность измерений. Точность и достоверность результатов измерений
... измерения А и истинным значением А 0 : ∆=А-А 0 . относительную погрешность - как отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению: δ=Δ/А0 Так как А 0 =Аn , то на ... части шкалы; всей длине логарифмической или гиперболической шкалы. Точность и достоверность результатов измерений Точность измерений - степень приближения измерения к действительному значению величины. Достоверность – это ...
Для определения значения реактивной мощности так же существует два принципа:
- метод амперметра, вольтметра и фазометра (с последующим вычислением Q по формуле Q=UIsinφ);
- метод ваттметра и фазометра с последующим вычислением по формуле
(4)
Для реализации первого метода необходимо применение аналогичных приборов, что и для определения активной мощности первым способом. Анализ данного метода был приведён выше.
Для реализации второго метода необходимо применение двух приборов: ваттметра и фазометра. Этот метод предпочтительнее уже тем, что ваттметр нами уже выбран (Д5016/2) и применяется для измерения активной мощности. Для измерения же коэффициента мощности cos φ применяют приборы непосредственной оценки на основе логометров электродинамической и ферродинамической систем. В литературе [3] выбираем фазометр Д578. Его основные метрологические характеристики приведены в таблице 1. Выбор фазометра на основе электродинамического логометра основан на том, что шкала выбранного прибора Д578 проградуирована в эл. градусах, что позволяет, при вычислении реактивной мощности по формуле (4), сократить операцию перевода: cos φ — эл. градусы — tq φ. Максимально допустимое относительное отклонение показаний от измеряемого углаj, определяется по формуле:
,(5)
где: — максимально допустимое относительное отклонение показаний от
измеряемой активной мощности;
— максимально допустимое относительное отклонение показаний от измеряемого угла j.
Определим максимально допустимое относительное отклонение показаний от измеряемого угла j.
В качестве нормы точности показаний было установлено, что относительное отклонение показаний от измеряемой активной мощности не более 1,0%, а пределы допускаемого относительного отклонения показаний от измеряемой реактивной мощности не более 4%. В результате расчётов было получено =0,35%, 
=0,8%. Следовательно, можно сделать вывод об окончании выбора методов и средств измерений, т.к., целесообразно выбрать следующие методы:
- для измерения активной мощности использовать ваттметр;
- для измерения реактивной мощности использовать ваттметр и фазометр.
Выбор данных способов обосновывается тем, что при измерении активной мощности удобнее пользоваться ваттметром, так как нет необходимости производить вычисления после каждого измерения силы тока, напряжения и углаj. А также необходимо учитывать, что измеряемые величины должны быть стабильны в период выполнения измерений. Ваттметр будет использоваться и для измерения реактивной мощности плюс фазометр. Так же это будет экономически целесообразнее, так как приобретать и обслуживать нужно на два прибора меньше.
реактивный мощность ток
2. ОФОРМЛЕНИЕ ДОКУМЕНТА НА МВИ
Государственная система обеспечения единства измерений. Активная и реактивная мощности в сети переменного тока
Методика выполнения измерений
1. Вводная часть
Настоящее описание МВИ устанавливает методику выполнения измерений активной и реактивной мощности переменного однофазного тока промышленной частоты методом ваттметра и фазометра в рабочих условиях.
2. Нормы точности и правильность измерений.
Реализация данной МВИ обеспечивает выполнение измерений мощности с максимально допустимым отклонением показания от измеряемой величины:
- активной мощности ± 0,5 %
- реактивной мощности ± 2,5 %
3. Средства измерений и вспомогательные устройства
При проведении измерений применяют СИ, технические характеристики которых приведены в таблице 1.
Таблица 1
|
№ п/п |
Наименование измеряемой величины |
Наименование СИ |
Тип |
Метрологические характеристики |
|
|
Пределы измерений |
Класс точности |
||||
|
1. |
Мощность: Активная, Реактивная |
Ваттметр |
Д5016/2 |
I ном. =2,5; 5 А U = 30 В Fраб. = 40ч60Гц |
Кл.т.0,2 |
|
2. |
Мощность: реактивная |
Фазометр |
Д578 |
φ=90эл.град cos φ=0-90-0 f=50Гц |
Кл.т.0,5 |
4. Метод измерений
Измерение активной и реактивной мощности однофазного переменного напряжения стандартной частоты выполняют методом непосредственной оценки, реализованным с помощью ваттметра Д5016/2 и фазометра Д578 электродинамической системы.
Значение активной мощности является результатом прямых измерений с помощью ваттметра.
Значение реактивной мощности определяют в результате косвенных измерений на основании показаний ваттметра и фазометра после вычислений проведённых по формуле:
φ,(1)
где tq φ — тангенс угла, являющегося показаниями фазометра.
5. Требования безопасности
При выполнении измерений активной и реактивной мощности однофазного переменного тока стандартной частоты необходимо соблюдать требования безопасности, изложенные в ГОСТ12.3.019-80, а так же «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», утверждённые Госэнергонадзором.
6. Требования к квалификации операторов
К выполнению измерений и обработке их результатов допускаются лица, имеющие среднетехническое и неполное высшее образование, прошедшие инструктаж в соответствии со стандартом предприятия, изучившие техническую документацию на применяемые СИ.
7. Условия выполнения измерений
При проведении измерений и при подготовке к ним необходимо соблюдать условия, приведённые в таблице 2.
Таблица 2
|
№ п/п |
Измеряемая величина |
Наименование влияющих величин |
|
|
1 |
Мощность |
Номинальное напряжение сети |
Предельное отклонение |
|
220 В |
±10% |
||
|
Частота напряжения питания |
Предельное отклонение |
||
|
50 Гц |
±5 Гц |
||
|
Температура окружающей среды |
Предельное отклонение |
||
|
20 0 С |
±10 0 С |
||
|
Влажность |
Предельное отклонение |
||
|
65% |
±15% |
||
|
Нормальная область частот |
Рабочая область частот |
||
|
40ч60Гц |
60ч500Гц |
||
|
Ток параллельных цепей ваттметра |
Предельное отклонение |
||
|
30мА |
±0,5мА |
||
|
Сопротивление параллельных цепей ваттметра |
|||
|
16 кОм |
±0,3кОм |
||
. Подготовка к выполнению измерений
При подготовке к выполнению измерений следует провести следующие работы:
- выдержать приборы в течение 24 часов в нормальных условиях окружающей среды, указанных в табл.2 (п.2.3);
- убедиться в отсутствии механических повреждений в случае транспортирования прибора в условиях повышенной влажности или низких температур;
- Убедиться в наличии действующих сертификатов калибровки у применяемых СИ;
- установить приборы в горизонтальное положение.
Для ваттметра:
- подключить питание цепи освещения к источнику переменного тока напряжением (220±22)В частотой 50±5 Гц через трансформатор;
- отрегулировать яркость светового указателя на нулевой отметке шкалы поворотом левой ручки узла осветителя;
- установить указатель на нулевую отметку с помощью корректора, находящегося на передней боковине прибора;
установить переключатель прибора на предел: 2,5А
При работе с ваттметром следует иметь в виду, что при коэффициенте мощности, меньше единицы, может возникнуть недопустимая перегрузка ваттметра даже при мощности, меньше номинальной.
Для фазометра:
установить стрелку на нулевую отметку шкалы, совместив при этом прямую часть стрелки с двумя (верхней и нижней) нарисованными рисками и её изображением на зеркале.
9. Выполнение измерений
При выполнении измерений активной мощности необходимо выполнить однократное измерение Р акт. ваттметром, до одной значащей цифры после запятой.
При выполнении измерений реактивной мощности необходимо выполнение
- выполнить однократное измерение Р акт. ваттметром, до одной значащей цифры после запятой;
- выполнить однократное измерение фазометром, до одной значащей цифры после запятой;
- на основании таблиц Брадиса или при помощи калькулятора перевести показания фазометра из эл. градусов в значение tq φ;
значение Р реакт. вычислить по формуле (1).
10. Обработка результатов измерений
Обработка результатов измерений активной мощности производится согласно методике проведения однократного измерения:
1. Анализ априорной информации (об измеряемой величине, о влияющих факторах и т.д.);
2. Определение поправки: изменение одного из параметров приведённых в табл.2 на величину большую его предельного отклонения приводит к появлению систематической составляющей погрешности приборов 0,2% от конечного значения диапазона измерения;
- Вычисление цены деления прибора и умножение её на число делений шкалы. Для определения цены деления конечное значение диапазона измерений разделить на число делений шкалы;
- Получение одного значения отсчёта;
- Значение активной мощности принимается равным:
где 
— поправка, вносимая в показания прибора при отклонении условий измерений от нормальных (см. табл.2);
— Определение максимально возможного отклонения результата однократного измерения 
от значения измеряемой величины Ракт.
- Определение пределов, в которых находится значение измеряемой мощности.
Значение реактивной мощности 
принимается равным результату полученному по формуле (1)
максимально возможное отклонение результата измерения 
от значения измеряемой величины Рреакт. вычисляется соответственно по формулам:
%
Вар
- определение пределов, в которых находится значение измеряемой величины:
. Оформление результатов измерений
Результаты измерений оформляются протоколом, форма которого приведена в приложении 1.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/na-temu-izmerenie-reaktivnoy-moschnosti/
1. Виноградов Г.А. Основы электротехники. — Л.: Изд-во Энергия, 1992
2. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин. — Л.1987
— Справочник по электроизмерительным приборам под ред. К.К.Илюшина
— Каталог «Радиоизмерительные приборы `83», Часть 1.- М.1983
— Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. — М.: Высшая школа, 1993
— ГОСТ Р 8.563-96 «ГСИ. Методики выполнения измерений»
— МИ 1967-89 «ГСИ. Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений. Общие положения»
— МИ 2377-98 «ГСИ. Разработка и аттестация методик выполнения измерений»
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Форма протокола измерений активной и реактивной мощности переменного однофазного тока промышленной частоты
ПРОТОКОЛ № от «___»________200__г.
измерений активной и реактивной мощности переменного однофазного тока промышленной частоты
Применяемые СИ: ваттметр Д5016/2 инв. №
азометр Д578 инв.№
Условия проведения
измерений: t окр.ср. о С
влажность %
f изм. Гц
|
Результат проведения измерения |
Max возможное отклонение результата измерения |
||
|
Наличие поправок ваттметра/фазометра |
|||
|
Значение Р акт. |
|||
|
Показания фазометра |
|||
|
Значение tq φ |
|||
|
Значение Р реакт. |
|||
|
В результате проведенных измерений значение: |
Р акт |
Вт |
|
|
Р реакт |
Вар |
||
