Курсовая работа программа и методика испытаний

Курсовая работа

Известно, что качество продукции зависит от ее исходного состояния, обеспечивается в процессе производства и поддерживается на стадиях хранения и эксплуатации (потребления).

На всех стадиях создания и эксплуатации продукции необходимым элементом управления качеством является контроль. Согласно ГОСТ 15467, контроль качества продукции – это проверка соответствия показателей качества продукции установленным требованиям, т.е. получение информации о состоянии объекта контроля и сопоставление полученных результатов с установленными требованиями, зафиксированными в конструкторской документации, стандартах, договорах на поставку и других документах.

Совокупность средств контроля, исполнителей и определенных объектов контроля, взаимодействующих по правилам, установленным соответствующей нормативной документацией называется системой контроля.

Средства измерений, контроля и испытаний должны управляться в соответствии с порядком, установленным нормами и правилами по метрологии.

Несоответствующая продукция, выявленная в процессе контроля и испытаний, подлежит управлению в соответствии с процедурой, определенной организацией.

  1. Измерение мультиметром-ампервольтомметром
  • Цель работы

Цель работы состоит в приобретении студентами навыков практических расчетов погрешностей при измерениях мультиметром, изучить устройство лабораторной установки МСИ 3м и применить её в данной лабораторной работе.

  • Измерение

Понятие измерение интерпретируется по-разному. Чтобы уяснить, что понимается под измерением в метрологии, рассмотрим типы шкал, на основе которых формируется представление об объекте.

Различают четыре типа шкал: шкала наименований, шкала порядка, шкала интервалов и шкала отношений.

Шкала наименований основана на приписывании объекту цифр (знаков), играющих роль простых имён: это приписывание служит для нумерации предметов только с целью их идентификации или для нумерации классов, причём, такой нумерации, что каждому из элементов соответствующего класса приписывается одна и та же цифра. Такое приписывание цифр выполняет на практике ту же функцию, что и наименование. Поэтому с цифрами, используемыми только как специфические имена, нельзя производить арифметических действий. Если, например, один из резисторов обозначен в схеме R 6 , а другой R18 , то из этого нельзя сделать заключение, что значения их сопротивления отличаются втрое, а можно лишь установить, что оба они относятся к классу резисторов.

8 стр., 3661 слов

Контроль качества продукции и услуг

... собственности. Под контролем качества понимается проверка соответствия количественных или качественных характеристик продукции или процесса, от которого зависит качество продукции, установленным техническим требованиям. Контроль качества продукции является ... измерительным и испытательным оборудованием организация должна: определить, какие измерения должны быть сделаны, какими средствами и с какой ...

Шкала порядка предполагает упорядочение объектов относительно какого-то определённого их свойств, т.е. расположение их в порядке убывания или возрастания данного свойства. Полученный при этом упорядоченный ряд называют ранжированным рядом, а саму процедуру ранжированием.

По шкале порядка сравниваются между собой однородные объекты, у которых значения интересующих свойств неизвестны. Поэтому ранжированный ряд может дать ответ на вопросы типа –что больше (меньше) или, что лучше (хуже).

Более подробную информацию – на сколько больше или меньше, во сколько раз лучше или хуже, шкала порядка дать не может. Очевидно, что назвать процедуру оценивания свойств объекта по шкале порядка измерением можно только с большой натяжкой.

Результаты оценивания по шкале порядка также не могут подвергаться никаким арифметическим действиям. Однако небольшое, казалось бы, усовершенствование шкалы порядка позволило применить её для числового оценивания величин в тех случаях, когда отсутствует единица величины. Для этого, расположив объекты в порядке возрастания (убывания) того или иного свойства, некоторые точки ранжированного ряда фиксируют в качестве отправных (реперных).

Совокупность реперных точек образует некую лестницу – шкалу возможных проявлений соответствующего свойства. Реперным точкам могут быть поставлены в соответствие цифры, называемые баллами и, таким образом, появляется возможность оценивания, измерения данного свойства в баллах, по натуральной шкале.

  • Цифровые мультиметры серии VС 890

Цифровые мультиметры серии VC 890 предназначены для использования в цехах и лабораториях, для радиолюбительства и для работы в домашних условиях. Модель имеет все базовые функции и возможность измерения емкости конденсаторов непосредственно в схеме. Мультиметр имеет большой информативный ЖК-дисплей, разрядностью 3 ½ (максимальное индицируемое число 1999).

Прибор соответствует классу точности 1,5, разработан в соответствии со стандартом безопасности IEC – 1010 категории II.

  • Цифровой мультиметр SE8302

Цифровой мультиметр SE8302 предназначен для использования в цехах и лабораториях, для радиолюбительства и для работы в домашних условиях. Мультиметр имеет ЖК-дисплей с разрядностью 3 1/2 (максимальное индицируемое число 1999).

Особенностью мультиметра является очень широкий диапазон измерения емкостей.

  • Цифровой мультиметр SE8301

Цифровой мультиметр SE8301 предназначен для использования в цехах и лабораториях, для радиолюбительства и для работы в домашних условиях. Мультиметр имеет ЖК-дисплей с разрядностью 3 1/2 (максимальное индицируемое число 1999).

  • Порядок работы с ампервольтметром ТЛ-4М

1.6.1 Измерение тока и напряжения

Переключатель вид работ находится в положение »IUR», переключатель род тока – установить в положение соответствующее роду измеряемого тока (напряжения), дисковый переключатель – на требуемый предел измерения (положение переключателей тип транзистора и цепь транзистора безразлично).

10 стр., 4908 слов

Методы и устройства для измерения высоких напряжений

... соблюдением требований, определенных ГОСТ 17512-82 "Электрооборудование и электроустановки на напряжение 3 кВ и выше. Методы измерения при испытаниях высоким напряжением". Измерение высокого напряжения шаровыми разрядниками основано на использовании зависимости величины пробивного ...

Измерение постоянного тока на пределе 100 мкА и постоянного напряжения на пределе 100 мВ производится при общем положении дискового переключателя »- 100 mV μА».

Отсчёт измеряемой величины производится на всех пределах, за исключением предела »1V» переменного напряжения и пределов переменного тока по двум равномерным верхним шкалам с делениями от 0,1 до 3 и 0,2 до 10, имеющим общее обозначение ~ V – А.

Если применяется предел измерения, кратный трём (например, 0,3 мА, 3 МА, 30 мА и т.д.), отсчёт измерений производится по шкале с делениями от 0,1 до 3; если кратный десяти — по шкале с делениями от 0,2 до 10.

Для предела измерения »1 V» переменного напряжения предусмотрена шкала, обозначенная »~1V». Рабочая часть этой шкалы имеет 8 делений и начинается от 0,2 В.

Вся шкала соответствует пределу измерения. При равномерной шкале цену одного деления шкалы получим делением величины применяемого предела измерения на число делений.

При наличии в проверяемой цепи напряжения постоянной и переменной составляющих прибор подключается через разделительный конденсатор. При этом измеряется только переменная составляющая напряжения.

1.6.2 Измерение сопротивлений

Измерение сопротивлений следует производить только при обесточенных цепях. Этим обеспечивается правильность результатов измерений и исключается возможность повреждения прибора.

Измерение сопротивлений производится при помощи встроенного сухого элемента 1,5 В на пределах

двух элементов по 1,5 В на пределе

внешнего источника постоянного тока напряжением 24 – 30 В на пределе

При помощи встроенных сухих элементах измерение проводится следующим образом:

  • а) переключатель вид работ находится в положении »IUR», переключатель род тока установить в положение » – » (постоянный ток), дисковый переключатель – на требуемый предел измерения;
  • б) замкнуть общие клеммы » – » и » + »;
  • в) отрегулировать стрелку при помощи ручки »Уст. 0» на нуль по шкале омметра;
  • г) разомкнуть клеммы » – » и » + », подключить к ним измеряемое сопротивление и произвести отсчёт по шкале омметра. Показания стрелки по шкале омметра в омах необходимо умножить на множитель переменного предела измерения.

При помощи внешнего источника постоянного тока измерение производится следующим образом:

а) установить предел измерения

(остальные переключатели остаются в том же положении);

  • б) подключить к общим зажимам » – » и » + » источник постоянного тока напряжением 24 –30 В;
  • в) отрегулировать стрелку при помощи ручки »Уст. 0» на нуль по шкале омметра;
  • г) отсоединить источник от зажима » + » и включить измеряемое сопротивление (рисунок 1.6.2.1).

Рисунок 1.6.2.1

Показания стрелки по шкале омметра в омах необходимо умножить на

С целью удлинения срока службы элементов не рекомендуется излишне долго держать свободные штепсельные концы проводов прибора подключёнными к измеряемому сопротивлению или замкнутыми между собой накоротко.

1.6.3 Измерение параметров транзистора

Отсчёт показаний при измерении параметров транзисторов производится (по верхней шкале) при установке переключателя вид работ в положении транзистор.

1.6.4 Измерение I ко

Обратный ток коллекторного перехода измеряется по схеме (рисунок 1.6.4.1) с разомкнутой цепью эмиттера.

Установить следующее положение переключателей:

  • тип транзистора – согласно типу поверяемого транзистора;
  • в положение »I к »;
  • род тока – положение » – »;
  • дисковый – положение » I ко ».

Рисунок 1.6.4.1

Проверяемый транзистор устанавливается в соответствии с маркировкой клемм (Э, К, Б, Э) – коллектор к клемме »К», база к клемме »Б». Эмиттерный вывод не подключается. Стрелка измерительного прибора показывает I ко на пределе 100 мкА.

1.6.5 Измерение I эо

Обратный ток эмиттерного перехода измеряется по схеме (рисунок 1.6.5.1) с разомкнутой цепью коллектора.

Рисунок 1.6.5.1

Положение переключателей то же, что и при измерении I ко . База транзистора подключается к клемме »Б», эмиттер к клемме »К». Коллекторный вывод не подключается. При этом стрелка измерительного прибора показывает значение Iэо на пределе 100 мкА.

1.6.6 Измерение I кн

Начальный ток коллектора измеряется в схеме с общим эмиттером и базой (база соединена с эмиттером) (рисунок 1.6.6.1).

Положение переключателе то же, что и при измерении I ко . База и эмиттер транзистора подключается к клемме »Б», коллектор – к клемме »К».

При этом стрелка измерительного прибора показывает значение I кн на пределе 100 мкА.

Рисунок 1.6.6.1

1.6.7 Определение статического коэффициента усиления

При определении статического коэффициента усиления »β» выводы транзистора подключаются к клеммам Э, К, Б или К, Б, Э (в зависимости от расположения выводов) (рисунок 1.6.7.1).

При измерении необходимо учесть проводимость транзистора (p-n-p или n-p-n).

Рисунок 1.6.7.1

Статический коэффициент усиления β определяется по формуле:

, (5.1)

Дисковый переключатель устанавливается в положение »I Б , Iк », переключатель цепь транзистора положение »IБ », положение остальных переключателей остаётся, как при измерении Iко . При этом конечное значение шкалы соответствует 100мкА.

Измерение производить в следующем порядке:

Задать такую величину тока базы, при котором удобно определить ток коллектора (около 50мкА).

Для измерения тока коллектора переключатель I Б — Iк следует установить в положение Iк . При этом конечное значение шкалы соответствует 10 мА. Далее переключатель IБ -Iк снова переключают в положение IБ и увеличивают ток базы на 20 – 40 мкА. При последующем переключении IБ — Iк в положение Iк снова определяется величина тока коллектора.

При всех измерениях параметров транзисторов отсчет производится по верхней шкале.

1.7 Отчет по выполненной работе

Таблица 1.7.1 – Результаты измерений

Показания прибора, Ом

Погрешность,

допустимая по НТД, Ом

Среднее значение, Ом

49,53

49,50

49,55

± 0,0343

49,53

Находим среднее значение измеряемой величины:

Ом,

Вычисляем дисперсию:

(1.7.1)

Ом

Вычисляем СКО результата наблюдения:

Определяем погрешность метода измерения:

Ток в цепи до включения ампервольтомметра:

, (1.7.2)

где I к – верхний предел измерения, 100мкА;

R А – внутреннее сопротивление, RА =2500 Ом;

  • Е – напряжение цепи, 27 В;

R E = 190 Ом;

  • R = 1900 Ом.

мкА

после включения ампервольтомметра:

, (1.7.3)

мкА

Погрешность метода измерения тока, обусловленная внутренним сопротивлением ампервольтомметра:

, (1.7.4)

где R вх – входное сопротивление цепи со стороны измерителя тока.

, (1.7.5)

Ом

Приведенная погрешность прибора:

, (1.7.6)

где Х N – нормирующее значение.

, (1.7.7)

Относительная погрешность показания прибора:

, (1.7.8)

Находим доверительную границу НСП результата измерений Θ(P) согласно РМГ 29-99:

, (1.7.9)

, (1.7.10)

Ом

Ом

Вычисляем доверительную границу погрешности результата измерений:

Т.к. , то доверительную границу погрешности результата измерений будем вычислять по формуле:

, (1.7.11)

Результаты измерения записываются в виде:

, (1.7.12)

Ом

  1. Измеритель цифровой ЦР 8001
  • Цель работы

Ознакомиться с устройством и работой измерителя цифрового ЦР 8001, изучить устройство лабораторной установки МСИ 3м и применить её в выполнении данной лабораторной работе.

Научиться выполнять измерения прибором; обрабатывать результаты измерений и оценивать погрешность цифрового измерителя ЦР 8001.

  • Технические данные и инструкция по эксплуатации прибора ЦР 8001

Для исключения влияния помехи, возникающей при коммутации измерителем силовых цепей, необходимо выполнять следующие условия:

  • провода, подключающие ЦР 8001 (выводы 1 и 2 измерителя) к питающей сети, должны присоединяться в вашем оборудовании непосредственно к клеммам на силовом вводе 220 В;
  • не допускается вместе с входными проводами укладывать провода других цепей, например, цепей питания 220 В.

Если при выполнении указанных выше требований сбои все же наблюдаются, необходимо подключить последовательную цепь, состоящую из резистора сопротивлением 100 Ом и конденсатора емкостью 0,01 мкФ, параллельно обмотке подключаемого к измерителю ЦР 8001 внешнего реле.

Пример схемы подключения цифрового измерителя ЦР 8001

Таблица 2.2.1.1 – Технические данные измерителя

Тип измерителя

ЦР 8 001

Диапазон измеряемых температур, °С

от -60 до + 180

Основная погрешность, %

0,5

Гистерезис показаний, %

0,25

Погрешность переключений электрических цепей, %

0,5

Время установления рабочего режима, мин

30

Напряжение питания, В

110

Частота, Hz (Гц)

60

Тип датчика

Ni 100 DiN

Мощность, потребляемая измерителем от цепи питания, не превышает 8 В×А. Масса измерителя не более 0,6 кг. Измеритель является тепло-,холодо- устойчивым. Предел допускаемого значения дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры окружающего воздуха от (205) °С до минус 10 °С и плюс 50 °С, не превышает допускаемого значения основной погрешности на каждые 10 °С. Измеритель является влагоустойчивым. Электрическая изоляция измерителя выдерживает действие испытательного напряжения переменного тока частотой 50Hz (Гц), в нормальных условиях применения при температуре окружающего воздуха (205) °С и относительной влажности от 30 до 80 процентов, значение которого равно 1,5 кВ, между входными цепями и цепью питания, а также между всеми цепями и щитом, и 0,5кВ между входными и выходными цепями.

Номинальные статистические характеристики преобразования термопреобразователей сопротивления для диапазона температур от минус 60 °С до плюс 199 °С должны соответствовать указанным в таблице 2.2.1.2

Таблица 2.2.1.2 –Характеристики термопреобразователей сопротивления

Температура, °С
Статистическая характеристика
Ni 100 DiN

5 Оm

Значение сопротивления, Ом

-60

69,5

-50

39,24

-40

79,1

41,41

-20

89,3

45,71

-10

98,5

47,86

0

100

50,00

20

111,3

54,28

40

123

56,56

60

135,3

62,84

80

148,2

67,12

100

161,7

71,40

120

175,9

75,68

140

190,9

79,96

160

206,7

84,24

180

223,1

88,52

199

92,58

2.3 Комплектность

Наименование

Количество

Измеритель

1

Винт ВМ 3-6д*8.32.036

1

ГОСТ 17473-80

1

Скоба

1

Паспорт

1

Техническое описание и инструкция по эксплуатации

1

2.4 Устройство и работа ЦР 8001

Измеритель конструктивно состоит из корпуса крышки и лицевой панели, на которой находятся ручки правления и цифровое табло (смотри рисунок 2.2).

Рисунок 2.4.1 — Лицевая панель измерителя ЦР 8001

В корпусе измерителя в специальных пазах закреплены три платы с радио элементами.

Для внешнего подключения имеется клеммная колодка, нумерация контактов расположенных на корпусе измерителя.

Значение температуры индицируется на отчетном устройстве.

Примечание.

1 Отсутствие индикации младших разрядов означает, что контролируемая температура объекта превышает максимальную температуру измерения.

2 Индикация символа » ÿ » в измерителях ЦР 8001 означает, что контролируемая температура объекта ниже 100 °С.

3 Отсутствие индикации в измерителях ЦР 8001 означает обрыв цепи датчика.

Значение температуры переключение электрических цепей индицируется при нажатии кнопок 1 или 2, расположенных под надписью » нажать для установки » и устанавливается путем вращения ручек 1 и 2 (только при нажатии соответствующей кнопки).

При температуре контролируемого объекта ниже установленной оператором светится соответствующий индикатор 1 или 2, при этом в исполнительной цепи 1 или 2 (выход 7,8,9 и (или) 10,11,12 клеммой колодки) замкнуты контакты 7-9 или 10-12.

При превышении температуры объекта выше установленной оператором гаснет соответствующий индикатор 1 или 2 и переключаются контакты исполнительной цепи, то есть замыкаются выводы 8-9 или 11-12 клеммой колодки (контакты 7-9 или10-12 размыкаются).

Измеритель ЦР 8001 изготавливается со вспомогательной частью, в которой размещены контакты для подключения термоэлектрического преобразователя.

Структурная схема измерителя приведена на рисунке 2.4.2

Вход

1 2 5 6

3

выход 1

4

выход 2

t — термопреобразователь ; 1 — согласующий усилитель; 2 — аналого-цифровой преобразователь;3,4 — сравнивающее устройство; 5 — отсчетное устройство; 6 — блок питания

Согласующий усилитель предназначен для преобразования входной величины – измерения технического сопротивления или термо — ЭДС внешнего термопреобразователя в напряжение, обеспечивающее работу аналого-цифрового преобразователя.

Кроме того, согласующий усилитель позволяет значительно уменьшить влияния сопротивления проводов, соединяющих термопреобразователь сопротивления, и компенсировать изменение температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя.

В измерителе имеются два идентичных сравнивающих устройства, управляющих двумя реле, встроенных в измеритель и предназначенных для управления исполнительными внешними механизмами.

Аналого-цифровой преобразователь предназначен для преобразования напряжения согласующего усилителя в цифровой код, который управляет отсчетным устройством.

Отсчетное устройство выполнено на светодиодных семи-сегментных индикаторах Н1-Н3 и расположено на лицевой панели измерителя (смотри рисунок 2.2).

2.5 Указание мер безопасности

Персонал, допущенный к работе с измерителем должен знать измеритель в объеме настоящего технического описания и инструкции по эксплуатации.

Иметь квалифицированную группу по электробезопасности не ниже третьей или группу допуска до 1000 В.

Помнить, что при работе имеется опасность поражения электрическим током напряжения 110 и 220 В, а также опасность возникновения пожара.

Запрещается:

  • эксплуатировать измеритель при обрывах проводов внешнего присоединения;
  • проводить внешние присоединения при подключенном напряжении питания.

В случае возникновения аварийных условий и режимов работы измеритель отключить от цепи питания.

2.6 Техническое обслуживание

Эксплуатационный надзор за работой измерителей производится лицами, за которыми закреплено данное оборудование.

Порядок проведения планово-предупредительного осмотра (ППО):

  • отключить напряжение питания, снять входной сигнал;
  • повести внешний осмотр измерителя, удалить с корпуса сухой ветошью пыль, грязь, влагу;
  • убедиться в отсутствии механических повреждений;
  • подключить измеряемую цепь, включить напряжение питания.

В программу плановой ревизии входят все пункты ППО, кроме того, проводят проверку электрической прочности изоляции, электрического сопротивления изоляции и определение основной погрешности.

2.7 Отчет по выполненной работе

Познакомится с устройством и работой измерителя цифрового ЦР 8001, научиться выполнять измерения прибором.

Объект измерения – сопротивление; по НТД задано измерить сопротивление 86±0,1 Ом.

Берем класс точности 0,02=>0,02% погрешности

γ=0,02 %=Δ ∙100/Хn

Хn=223,1 Ом Δ С= ,

ΔОП = .

Θ=0,045+0,002=0,047 < 0,1 — этот класс точности подходит.

По классу точности можно использовать прибор типа ЦР8001.

Техническая характеристика измерителя ЦР 8001.

Тип измерителя ЦР 8001

Диапазон измеряемых температур, оС от -60 до +180

Основная погрешность, % ±0,5

Гистерезис показаний, % ±0,25

Погрешность переключения электрических цепей, % ±0,5

Время установления рабочего режима, мин 30

Напряжение питания,В 110

Частота,Гц 60

Тип датчика Ni 100 DIN

Zр/2 — Коэффициент Лапласса, определяемый по таблице.

ΔР = 0,141

νi=|хi — |,

ν1=0 ν2 =0,1 ν3 =0,1

х1 0<0,141 не является промахом

х2 0,1<0,141 не является промахом

х3 0,1<0,141 не является промахом

3 Измерение частот частотомером

3.1 Цель работы

Цель данной лабораторной работы состоит в знакомстве с методами повышения точности измерений, а также в приобретении знаний о частотомерах и навыков практических расчетов погрешностей при измерениях частотомерами, а также — изучить устройство лабораторной установки МСИ 6 «Методы измерения частот МСИ 6» смотри раздел № 10 «Описание устройства лабораторной установки».

3.2 Методы повышения точности средств измерений

Их можно разделить на две группы: методы предотвращения возникновения погрешностей и методы снижения влияния погрешностей.

К первой группе относятся конструктивно-технологические и защитно-предохранительные методы.

Конструктивно-технологические методы заключаются в использовании материалов, элементов и узлов со стабильными параметрами, применении предварительного старения, выборе стабильных режимов использования деталей. Для уменьшения частотной зависимости применяют, например, частотно-независимые резисторы, для уменьшения температурной зависимости — манганиновые резисторы, имеющие малый температурный коэффициент сопротивления и т. п.

Защитно-предохранительные методы предназначены для уменьшения влияния внешних влияющих величин и заключаются в уменьшении диапазона их изменения. Это достигается применением термостатирования, экранирования, стабилизации, фильтрации и т. п. Применение защитно-предохранительных методов можно проиллюстрировать следующими примерами: для исключения влияния внешних магнитных и электрических полей, электромагнитных наводок применяют соответствующее экранирование; для исключения влияния напряжения питания — стабилизация напряжения источника питания; для исключения влияния пульсаций напряжения питания и наводок, возникающих от электрических и электромагнитных связей с другими электрическими устройствами, применяют электрические фильтры, для исключения погрешности от вибраций применяют амортизаторы и т.д.

Методы снижения влияния погрешностей включают в себя методы коррекции (обычно систематических погрешностей) и методы статистической минимизации.

Методы коррекции или методы функциональной минимизации погрешностей измерительных приборов заключаются в снижении их уровня в процессе аналитического или экспериментального определения погрешностей.

Статистическая минимизация заключается в снижении случайных погрешностей измерительных приборов и может осуществляться как в процессе, так и после измерения. Например, снижение погрешностей, изменяющихся по периодическому закону, путём интегрирования за время, равное периоду, уменьшение случайных погрешностей путём временного или пространственного осреднения результатов многократных или множественных измерений, статистическая минимизация погрешности от квантования.

Коррекция погрешностей может осуществляться как вручную, оператором, так и автоматически.

Методы ручной коррекции можно разделить на методы подналадки, которую раньше называли «калибровкой», заключающиеся в регулировке прибора, и методы обработки результата измерения без воздействия оператора на прибор, путём введения поправки.

Методы автоматической коррекции (структурные методы коррекции) основываются либо на использовании внешней влияющей величины или неинформативного параметра (применяется в схемах прямого преобразования), либо на использовании самой погрешности, выявленной с помощью дополнительных образцовых измерительных приборов, мер, измерительных преобразователей (применяется в схемах уравновешивающего преобразования).

При рассмотрении методов коррекции суммарную погрешность разделяют на три составляющие: аддитивную (погрешность нуля), мультипликативную (погрешность чувствительности) и погрешность от нелинейности, которая зависит от измеряемой величины нелинейно. Аддитивную составляющую можно обнаружить при измеряемой величине на входе измерительного прибора, равной нулю. Для обнаружения мультипликативной погрешности нужна образцовая мера или масштабный преобразователь. Коррекцию аддитивной погрешности называют установкой нуля, а коррекцию мультипликативной погрешности -корректировкой. Сначала производят установку нуля, а затем корректировку. Погрешности, как известно, можно скорректировать по результатам измерения без воздействия на измерительный прибор, введением поправки, а также обработкой результатов измерений, проведённых по специальной методике с целью уменьшения погрешностей.

Особые перспективы имеют структурные методы коррекции погрешности. В случае их реализации погрешности корректируются автоматически, без участия оператора. Принцип структурного метода коррекции состоит в выработке величины, с помощью которой можно было бы создать корректирующее воздействие на прибор. Такой величиной может быть, как указывалось, влияющая величина, неинформативный параметр входного сигнала или величина, пропорциональная погрешности. Первые два случая применяют в структурных схемах прямого преобразования, третий — в схемах уравновешивающего преобразования.

Структурные методы коррекции по способу введения корректирующего воздействия разделяют на аддитивные и мультипликативные. При аддитивной коррекции величина, пропорциональная погрешности, обычно суммируется с выходной величиной. Мультипликативная коррекция осуществляется изменением коэффициента преобразования преобразователя корректирующей величиной, пропорциональной погрешности. Управление коррекцией погрешностей осуществляется схемами с микропроцессорами.

Методы статистической минимизации направлены на снижение уровня уже возникших случайных погрешностей. В качестве примера рассмотрим статистическую минимизацию погрешности квантования в цифровом измерительном приборе (ЦИП).

Пусть U — постоянная во времени измеряемая величина, а ΔUд — некоторый дополнительный случайный сигнал с известным средним квадратическим отклонением σ(ΔUд).

Пусть ΔU K — шаг квантования. С помощью некоторой схемы суммирования образуется новый случайный сигнал UΣ =U + ΔUд, который подается на ЦИП. Снимается n отсчетов значения UΣ . Например, один из них UΣ i = NiΔUK . В этом результате будет погрешность квантования ΔU, значение которой оценивается путем статистической обработки. Результат измерения определяется временным осреднением n наблюдений. Среднее значение будет приближаться к значению U со средним квадратическим отклонением Погрешность определения U включает в себя погрешность квантования и зависит от числа отсчетов n, которое можно найти из условия уменьшения погрешности квантования по формуле (2.1):

, (3.2.1)

где t p — коэффициент Стьюдента.

Временное осреднение можно представить как преобразование быстродействия в точность. Поскольку n = Т/Т и , где Ти — время разового наблюдения, а Т — общее время измерения, то при Т = const можно снизить за счет уменьшения Ти , т.е. увеличения быстродействия ЦИП.

3.3 Понятие о частоте и методах ее измерения

Диапазон используемых частот в радиоэлектронике, автоматике, экспериментальной физике, технике связи и т. д. простирается от долей герц до тысяч гигагерц, т.е. от инфранизких до сверхвысоких частот.

Частота — одна из важнейших характеристик периодического процесса; определяется числом полных циклов (периодов) изменения сигнала в единицу времени. Период — наименьший интервал времени, удовлетворяющий уравнению u(t) = u(t+T).

Выбор метода измерения частоты определяется её диапазоном, необходимой точностью измерения, формой сигнала, мощностью источника сигнала измеряемой частоты и другими факторами.

Частота электрических сигналов измеряется методами непосредственной оценки и сравнения.

Измерение частоты методом непосредственной оценки производится частотомерами: аналоговыми электромеханическими с логометрическими механизмами, цифровыми (электронно-счётными).

Измерение частоты сигналов методом сравнения осуществляется с помощью осциллографа, частотно-зависимого моста переменного тока, частотомеров гетеродинных, построенных на биениях, и т.д.

Метод дискретного счета основан на счете числа периодов измеряемой частоты за калиброванный интервал времени. Частотомеры, работающие по данному принципу, являются цифровыми измерительными приборами. Метод является наиболее точным и перспективным. Применяется в диапазоне от десятка герц до сотен мегагерц. Относительная погрешность измерения частоты достигает 10 -3… 10 -10.

Метод заряда и разряда конденсатора основан на измерении среднего тока разряда или заряда образцового конденсатора, переключаемого с заряда на разряд с измеряемой частотой. Метод применяется на частотах от 10…20 Гц до сотен килогерц. Реализованные на его основе приборы имеют погрешность частоты 1,5…2 % (например, Ч3-7).

Метод измерения, основанный на сравнении с образцовой частотой, применяется в диапазоне частот 100 кГц… 100 ГГц и обеспечивает высокую точность, которая зависит от погрешности, с которой известна образцовая частота. Частотомеры, построенные по принципу сравнения частот (гетеродинные частотомеры), имеют погрешность 10-5…10-6. Гетеродинные частотомеры прекрасно дополняют электронно-счетные частотомеры на сверхвысоких частотах (СВЧ) и в миллиметровом диапазоне. Гетеродинные переносчики частоты снижают измеряемую частоту в точно известное число раз до значений, которые удобно измерять электронно-счетными частотомерами.

Резонансный метод состоит в настройке резонансной колебательной цепи, предварительно прокалиброванной по образцовому генератору и частотомеру, на измеряемую частоту и отсчете ее значения по шкале, связанной с элементом настройки. Метод применяется на частотах от 100 кГц до 100 ГГц (используются различные колебательные системы от LC-контуров до квазиоптических резонансных цепей).

Резонансные волномеры отличаются простотой устройства, погрешность их примерно 10-3.

3.4 Некоторые сведения о современных частотомерах

Современные частотомеры — это универсальные приборы, с помощью которых производятся измерения частоты, периода, временных интервалов, длительности и частоты следования импульсов, подсчёт последовательности импульсов; с помощью соответствующих преобразователей могут измеряться постоянное напряжение, а также неэлектрические величины — количество оборотов вращающихся устройств, давление и т. д.

Высокая стабильность, короткое время полной готовности после транспортировки делают многие современные частотомеры идеальными для процедур калибровки с высокой точностью вне лабораторных условий (например, в передатчиках больших сетей телесвязи подобно GSM или CDMA).

Широкий выбор пределов измерения позволяет производить цифровые измерения калибровки в большом диапазоне, не используя синтезаторы, смесители и фильтры, чтобы обеспечить требуемое разрешение до последней цифры.

3.5 Самоконтроль частотомера

Самоконтроль производится по схеме, показанной на рисунке 6.6. На электронный счётчик поступают внутренние метки времени от генератора меток времени непосредственно или через схему автоматики.

Рисунок 3.5.1 — Схема самоконтроля прибора

3.6 Частотомер ручной в корпусе мультиметра с диапазоном измерений до 2,5 ГГц АКТАКОМАСН- 2500

Прибор обеспечивает измерения в широком диапазоне частот (от 10 Гц до 2,5 ГГц) с основной погрешностью 4∙10 -6 Гц; хорошая разрешающая способность (не хуже 0,1 Гц).

Данное устройство является высокочувствительным малогабаритным прибором для измерений частот в диапазоне очень высоких и ультравысоких частот. Прибор обеспечивает измерения в широком диапазоне частот, хорошая разрешающая способность. В приборе используется специальная микропроцессорная интегральная схема, в которой реализованы функции измерения частоты, периода сигнала, функции мультиразрешения, функция фиксации данных, функция относительных измерений, регистрации данных (отсчеты максимальных, минимальных и средних значений).

Реализована функция автоматического отключения питания (Auto power off).

Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) обеспечивает удобство и простоту отсчета показаний даже в условиях высокой освещенности. Такой индикатор характеризуется малым потреблением энергии. Высокая точность измерений обеспечивается применением в приборе в качестве опорного кварцевого генератора низкой частоты.

Телескопическая антенна может быть использована для вылавливания в эфире передающихся частот портативных, стационарных или подвижных радиоизлучающих систем, таких как полицейские, пожарные радиосистемы, радиосистемы скорой помощи, такси, самолетные, морские и т.п. в диапазонах приблизительно от 5 до 30 см (обладающих различными мощностями, конструкциями радиопередающих систем, антенн и т.д.).

Таблица 3.6.1 — Технические характеристики

Характеристики

Значения

1

2

Индикация на приборе

ЖКИ (13 мм), 8 цифр.

Измерения

Частот, в режиме фиксации данных, в режиме относительных измерений, запоминание (минимальных, максимальных, средних значений), измерение периода сигнала.

Диапазон

2500 МГц

От 50 МГц до 2500 МГц (типовое значение максимум 2600 МГц)

500 МГц

От 10 МГц до 500 МГц

10 МГц

От 10 Гц до 10 МГц

Период

От 10 Гц до 10 МГц

Чувствительность (среднеквадратичные значения)

Диапазон

50 МГц — 75 МГц

J100 мВ

2500 МГц

76 МГц — 2500 МГц

J 50mB

Диапазон

10 МГц-35 МГц

J120 мВ

500 МГц

36 МГц — 350 МГц

J50mB

351 МГц-450 МГц

J120 мВ

10 МГц

J50mB

Период

J50mB

Продолжение таблицы 3.6.2

1

2

Погрешность измерения частоты

± (4 импульса в минуту+1 цифра)

Опорный генератор

Кварцевый генератор частотой 4,194 МГц

Температурный коэффициент опорного генератора

0,1 импульса в минуту/ 1 °С (стандартные условия (23 ± 5) °С)

Максимально допустимые значения напряжений на входе прибора

Максимальное значение напряжения размаха на диапазонах 500 и 2500 МГц составляет 5В

Максимальное значение напряжения размаха на диапазонах 10 МГц и измерения периода сигнала составляет 250 В

Разъем для подачи сигнала на вход прибора

Типа BNC, гнезда

Корпус

Прочный пластмассовый корпус

Температура в условиях работы

От 0 °С до 50 °С

Относительная влажность в условиях работы

Не выше 90 % в диапазоне температур от 0 °С до 35 °С

Питание прибора

Батареи 4*1,5 В

Потребляемый ток

Приблизительно 105 мА постоянного тока в диапазонах 500 МГц и 2500 МГц

Приблизительно 45 мА постоянного тока в диапазоне 10 МГц и в режиме измерения периода сигнала

Параметры питания адаптера переменного тока

9 В, диапазон токов от 300 до 500 мА, приспособлен для включения в розетку

Отключение питания

Система автоматического отключения питания

Габариты

173*80*35 мм

Вес

340 г

АТ-20

Телескопическая антенна с BNC-разъемом

РВ-01

Щуп для непосредственных измерений с BNC-разъемом

СА-03

Мягкий чехол для переноски прибора, пара зажимов типа крокодил (только для частот J500 МГц)

Таблица 3.6.3 — Разрешающая способность и время осуществления выборок

Диапазон

Выбор времени пропускания сигнала

Разрешающая способность

Время

осуществления выборок

1

2

3

4

2500 МГц

Быстрый режим — FAST

1000 Гц

0,5 с

Медленный режим -SLOW

100 Гц

2,75 с

Медленный режим -SLOW (вариант 1)

200 Гц

1,5 с

Медленный режим -SLOW (вариант 2)

500 Гц

0,75 с

Быстрый режим — FAST

100 Гц

0,75 с

10 МГц

Медленный режим -SLOW

1Гц

1,25 с

Медленный режим -SLOW (вариант 1)

0,2 Гц

Медленный режим -SLOW (вариант 2)

0,1Гц

11с

500 МГц

Медленный режим -SLOW

10 Гц

Медленный режим -SLOW (вариант 1)

1000 Гц

Медленный режим -SLOW (вариант 2)

1000 Гц

1,5 с

Быстрый режим — FAST

1000 Гц

0,5 с

3.7 Поверка частотомеров

Поверка частотомеров осуществляется в соответствии с ГОСТ 8.422 -81, который распространяется на щитовые, переносные, показывающие и самопишущие частотомеры (далее — частотомеры) классов точности 0,02 и ниже, предназначенные для измерения частоты электрических колебаний от 10 до 20000 Гц, изготовленные по ГОСТ 22261 — 94, ГОСТ 7590 — 93, ГОСТ 9999 — 94, а также по действовавшей ранее нормативно-технической документации, и устанавливает методы и средства их первичной и периодической поверок.

При проведении поверки должны быть выполнены операции, указанные в таблице 7.1, и применены следующие средства поверки: образцовый частотомер, пределы допускаемой основной погрешности которого приведены в таблице 7.2; вольтметр переменного тока класса точности 2,5 с пределом измерений 0 — 400 В, частотой 10 — 20000 Гц по ГОСТ 8711 — 93; универсальный осциллограф типа С1 — 76 с полосой частот 0-1 МГц; источник переменного тока синусоидальной формы с диапазоном регулирования выходного напряжения от 0 до 380 В, диапазоном частот 10 — 20000 Гц, мощностью 20 Вт; значения коэффициента нелинейных искажений не должны превышать указанных в нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа; механический секундомер типа СОПпр-2а — 3 — 010; установка для испытания электрической прочности изоляции с испытательным напряжением до 2,0 кВ типа УПУ — 1М; мегаомметр типа М4101; поверочное приспособление для определения дополнительной погрешности от неуравновешенности подвижной части частотомера (клиновидная плита с углом наклона 5 °).

Таблица 3.7.1 — Пределы допускаемой основной погрешности образцового частотомера

Класс точности поверяемого

частотомера

Предел допускаемой погрешности,

% образцового частотомера

0,02

1*10 -3

0,05

1*10 -2

0,1

±0,02

0,2

±0,05

0,5

±0,1

1,0

±0,2

1,5

±0,5

2,5

±0,5

4,0

±1,0

5,0

±1,5

Для поверки частотомеров, имеющих допустимый угол наклона его установки в рабочем положении более чем на 5 °, изготовляют приспособ­ление с углом наклона, соответствующим допустимому углу наклона поверяемого частотомера.

Допускается применять другие, вновь разработанные или находящиеся в применении средства поверки, прошедшие метрологическую аттестацию в органах государственной метрологической службы и удовлетворяющие по точности требованиям настоящего стандарта.

При проведении поверки должны быть соблюдены условия по ГОСТ 22261 — 94, ГОСТ 7590 — 93, ГОСТ 9999 — 94: температура окружающего воздуха (20 ± 2) °С — для частотомеров классов точности 0,02 — 0,5 и (20 ± 5) °С — для частотомеров классов точности 1-5; относительная влажность воздуха (65 ± 15) %; напряжение сети питания (220 ± 4,4) В; частота 50 Гц; предельные отклонения частоты 50 Гц и содержание гармоник по ГОСТ 13109-97.

Основную погрешность и вариацию показаний определяют по истечении времени прогрева, указанного в ГОСТ 7590 — 93, ГОСТ 9999 -94 и нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

Основную погрешность и вариацию показаний определяют сравнением показаний поверяемого частотомера с действительным значением измеряемой частоты.

Основную погрешность и вариацию показаний определяют на всех числовых отметках шкалы, а у вибрационных частотомеров — на каждом из язычков.

Основную погрешность и вариацию показаний для частотомеров с несколькими значениями номинальных напряжений определяют: на всех числовых отметках шкалы — для одного из напряжений, на двух числовых отметках — для остальных напряжений. Одна из числовых отметок — конечная, другая — та, на которой при поверке на всех числовых отметках была максимальная погрешность.

Пределы допускаемых основных погрешностей частотомера могут быть выражены в виде абсолютной, приведенной или относительной погрешности.

Основную абсолютную погрешность Af^x в Гц определяют как максимальную разность между показаниями поверяемого частотомера и действительным значением измеряемой частоты и рассчитывают по формуле (3.7.1):

, (3.7.1)

где f n — показание поверяемого частотомера, Гц;

f д — действительное значение измеряемой частоты, Гц.

Основную относительную погрешность 8 в процентах определяют по формуле (3.7.2):

, (3.7.2)

где δ — относительная погрешность в процентах от значения измеряемой частоты;

Δf max — наибольшая по абсолютному значению разность между показаниями поверяемого частотомера и действительным значением измеряемой частоты, Гц;

  • f — значение измеряемой частоты, Гц.

Приведенную погрешность ν в процентах определяют по формуле (3.7.3):

, (3.7.3)

где ν — приведенная погрешность в процентах от нормирующего значения;

f N — нормирующее значение частоты, Гц.

Нормирующее значение при установлении приведенной погрешности определяют по ГОСТ 7590 — 93 или действующей нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

Предел допускаемой вариации показаний в зависимости от класса точности или допускаемой основной погрешности определяют по ГОСТ 7590 — 93, ГОСТ 9999 — 94 и нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

Вариацию частоты b в Гц определяют по формуле (3.7.4):

b=f 1 — f2 , (3.7.4)

где f 1 и f2 — действительные значения измеряемой частоты, соответствующие одной и той же отметке шкалы поверяемого частотомера при плавном увеличении и уменьшении частоты. Допускается определять вариацию в процессе определения основной погрешности.

Основную погрешность и вариацию показаний частотомера определяют следующим образом. Поверяемый частотомер подключают к источнику переменного тока, обеспечивающему возможность регулировки выходного напряжения и частоты в пределах, необходимых для поверки частотомера, и имеющему синусоидальную форму кривой тока. Для визуального контроля формы кривой используют осциллограф. Значение выходного напряжения устанавливают равным номинальному значению напряжения поверяемого частотомера и контролируют в процессе поверки по вольтметру. Изменением частоты источника переменного тока устанавливают указатель шкалы поверяемого частотомера на поверяемой отметке, а действительное значение частоты отсчитывают по образцовому частотомеру, подключенному параллельно поверяемому. Если в качестве источника переменного тока используют низкочастотный измерительный генератор сигналов с усилителем мощности, допускается подключение образцового частотомера до усилителя мощности. Действительное значение измеряемой частоты допускается определять по шкале генератора, если используется прецизионный генератор, имеющий погрешность установки частоты не более 1*10 -3 Гц. Если в качестве образцового частотомера используют электронно-счетный частотомер, допускается включать его в режиме измерения периода. При этом действительное значение измеряемой частоты f в Гц определяют как равенство (3.7.5):

, (3.7.5)

где Т — измеряемый период, с.

Погрешности измерения и вариации определяют дважды: при подходе к поверяемой отметке со стороны увеличения и уменьшения частоты.

Основную абсолютную, приведенную или относительную погрешности и вариацию показаний рассчитывают по формулам (3.7.1 – 3.7.4).

Частотомер, основная погрешность или вариация показаний которого по результатам поверки превышает допустимую, признают непригодным к применению.

Дополнительную погрешность, вызванную изменением положения частотомера от нормального, определяют следующим образом. Частотомер устанавливают на клиновидную плиту, имеющую угол наклона, равный допустимому углу наклона поверяемого частотомера, так, чтобы частотомер был наклонен вперед, и при номинальном значении напряжения и неизменном значении измеряемой частоты определяют дополнительную погрешность. Операцию повторяют при наклоне частотомера назад, влево, вправо, изменяя положение частотомера на плите.

Предел допускаемой дополнительной погрешности, вызванный отклонением положения частотомера от нормального, не должен превышать предельного значения допускаемой основной погрешности.

Частотомер, у которого дополнительная погрешность по результатам поверки превышает допускаемую, признают непригодным к применению.

Положительные результаты государственной первичной поверки оформляют записью в паспорте и нанесением на частотомер оттиска поверительного клейма.

Положительные результаты государственной периодической поверки оформляют нанесением оттиска поверительного клейма и выдачей свидетельства по форме, установленной Госстандартом, с указанием на обороте максимального значения погрешности частотомера. Положительные результаты поверки образцового частотомера оформляют нанесением оттиска поверительного клейма и выдачей свидетельства, на лицевой стороне которого наносят слово «образцовый», а на оборотной стороне записывают результаты поверки по ГОСТ 8.422 — 81.

Положительные результаты первичной и периодической ведомственной поверки оформляют в порядке, установленном ведомственной метрологической службой.

Частотомеры, не удовлетворяющие требованиям ГОСТ 8.422 — 81, к вы­пуску и применению не допускают, на них выдают извещение о непригодности, а клеймо гасят.

3.8 Отчет по выполненной работе

Цель работы: Приобретение знаний о частотомерах и навыков практических расчетов погрешностей при измерениях частотомерами. В данной лабораторной работе проводят измерения с однократными наблюдениями (n<4)

Рисунок 3.8.1- Внешний вид электронно-счетного частотомера ЧЗ-54

Допустим, при измерении частоты частотомером получены три результата: x 1 = 213,000005 Гц; х2 = 213,000004 Гц; х3 = 213,000006 Гц при температуре 25 ° С.

Вычисляем среднее арифметическое значение:

Находим среднее квадратическое отклонение (СКО):

Известно, что предельно допустимая основная погрешность частотомера Δ си = ± 0,000004 Гц.

Если Т изм (температура, при которой производили измерения) не входит в интервал [18; 28] ° С, т. е. отличается от стандартных условий (23 ± 5) °С, то необходимо учесть температурный коэффициент опорного генератора, который составляет 0,1 импульса в минуту/ 1 °С.

С учетом перевода минут в секунды:

при Т изм > 28 °С

, (3.8.1)

при Т изм <18°С

, (3.8.2)

В нашем случае Т изм = 25 °С, т.е. выполняется условие 18≤Тизм ≤28, и Δд оп не учитывается.

Погрешность измерения частоты Δ допf составляет ± (4 импульса в минуту + 1 цифра).

С учетом перевода минут в секунды:

, (3.8.3)

Гц

Находим не исключенную систематическую погрешность (НСП):

Θ=±│0,000004+0,00000027│=±0,00000427

Определяем отношение НСП к СКО:

Θ(Р)/S(х)=0,00000427/0,000001=4,27

Т. к. выполняется условие 0,8 ≤ Θ(Р)/S(х) ≤8, то

, (3.8.4)

, (3.8.5)

К р = 0,75,

, (3.8.6)

где Z р/2 — Коэффициент Лапласса, определяемый по таблице.

ΔР =0,75 [0,00000427+0,0000001414]=0,000004263

Результат измерений теперь можно записать следующим образом: А=213,000005000±0,000004263 Гц

  1. Выводы по проведенной работе

В результате проведения ряда работ мы измерили сопротивление цепи, рассчитали СКО и определили, что ампервольтомметр годен к применению в области определения сопротивления не одном пределе.

Так как предел допускаемой погрешности частотомера составляет 4∙10-6 Гц, и случайная погрешность его не превышает, то можно сделать следующие выводы: такие точные наблюдения возможны только при поверочных работах сравнения с мерой; из-за своей малости систематическая погрешность не является определяющей при рядовых измерениях; случайная погрешность при рядовых измерениях также не будет иметь сильное отражение на разбросе результатов наблюдений.

В тех случаях, когда Вам нужно будет измерить фактическую частоту в какой-либо электронной схеме при ремонте или наладке данным частотомером, результаты наблюдений не будут иметь заметного разброса, так как Δси, предел основной погрешности на высоких показаниях частот, имеет очень маленькую величину (4- 10-6 Гц).

Заключение

Важнейшими проблемами, стоящими перед нашей страной, является повышение качества выпускаемой продукции, ресурсосбережение, охрана окружающей среды. Успешное их решение во многом зависит от уровня метрологии — уровня культуры измерений.

Это связано в первую очередь с тем, что измерения — единственный способ получения количественной информации о величинах, характеризующих те или иные явления и процессы в любой отрасли знания и производства.

Оценка точности производимых измерений, т.е. качество этой информационной продукции, имеет как теоретическое, так и прикладное значение. Обеспечение высокой точности измерения — сложная задача, и решение её лежит в сфере метрологического обеспечения.

Развитие рыночных отношений, перспектива вступления России в ВТО, необходимость форсированного развития отечественной науки и техники в настоящее время предъявляет непрерывно возрастающие требования к качеству подготовки технических кадров, а это, в свою очередь, выдвигает проблему повышения эффективности обучения. Эта проблема особенно остро стоит в высших учебных заведениях, занятых подготовкой специалистов в области управления качеством и умения пользоваться контрольно-измерительными приборами и средствами автоматики.

На сегодняшний день важнейшее значение приобретает применение приемов практического обучения, правильное сочетание в практическом процессе теоретических знаний с выполнением студентами практических и лабораторных работ.

Список использованных источников

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/programma-i-metodika-ispyitaniy/

  1. Демина Л.Н. Методы и средства измерений, испытаний и контроля: Учебное пособие. – М.: НИЯУ МИФИ, 2010. – 292 с. У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.