Методика выполнения измерений (МВИ) — технологический процесс измерений, выполнение которого с соблюдением всех требований, содержащихся в описании аттестованной МВИ, гарантирует получение результатов измерений с качеством, удовлетворяющим для него нормам.
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 — МВИ, рассчитанная на применение любого экземпляра СИ и вспомогательных технических средств, характеристики которых удовлетворяют требованиям описания МВИ.
Индивидуальная МВИ — МВИ, рассчитанная на применение конкретных экземпляров СИ и вспомогательных технических средств и при определении показателей качества которой учитывались индивидуальные свойства этих экземпляров.
Целью данной курсовой работы является получение практических навыков разработки МВИ, основными этапами которой являются:
- формирование исходных данных для разработки МВИ;
- выбор методов и средств измерений (далее — СИ);
- разработка описания МВИ;
- оформление результатов разработки МВИ.
При разработке МВИ одним из основных исходных требований является требование к точности измерений.
1. Разработка основных этапов методики выполнения измерений
1.1 Формирование исходных данных для разработки методики выполнения измерений
RL-последовательное соединение
Частота f сигнала переменной составляющей , кГн, не более 2,5
Амплитудное значение Um переменной составляющей напряжения синусоидальной формы пульсирующего напряжения ,В, не более 30
Относительная погрешность результата измерений тока ,%, не более:
- для постоянной составляющей ±0,2
- для среднеквадратического значения пульсирующего тока ±0,5
Сопротивление R,кОм, не более 0,5
Индуктивность L,мГн, не более 7
Метрологическое обеспечение измерений
... результатов измерений с требуемыми точностью (размером допускаемых погрешностей), достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью. Понятие "метрологическое обеспечение" ... Система разработки, постановки на ... измерений, применяемые органами государственной метрологической службы, а также образцовые средства измерений, применяемые в качестве исходных в метрологических ...
Есть наличие сильного магнитного поля.
Следует рассмотреть два варианта решения поставленной измерительной задачи:
- С помощью электромеханических амперметров;
- С помощью электронных СИ (вольтметра постоянного и переменного токов, частотомера и универсального RCL моста).
1.2 Выбор методов и средств измерений
измерение ток сопротивление
Электрическое сопротивление в цепях постоянного тока может быть определено косвенным методом — при помощи вольтметра и амперметра. На рис.1 (а и б) показаны два возможных варианта включения измерительных приборов. В первом варианте из показания амперметра нужно вычесть ток, протекающий через вольтметр. При большом значении сопротивления Rх, соизмеримом с внутренним сопротивлением вольтметра Rвх или даже превышающим его, эта поправка значительна.
Во втором варианте из показания вольтметра нужно вычесть падение напряжения на амперметре. Эта поправка значительна при небольших значениях Rх, меньших внутреннего сопротивления амперметра Rа или соизмеримых с ним. В практике схемы, показанные на рис.1 (а и б), применяют соответственно при небольших и больших значениях Rх, когда указанными поправками можно пренебречь.
Из рассмотренных примеров видно, что поправки могут быть мультипликативными (так называемые поправочные множители), аддитивными, постоянными, закономерно измеряющимися с течением времени, существенными и несущественными (которыми можно пренебречь).
Они могут определяться теоретически и экспериментально, представлять собой отдельные числа и функции (задаваемые таблично, графически или с помощью аналитических выражений).
Таблица 1
Сравнительные характеристики электрических приборов
|
Тип средства измерений |
Диапазон измеряемых величин |
Пределы измерений |
Класс точности |
Внутреннее (входное) сопротивление |
|
|
М254 миллиамперметр пост. тока |
0 … 60 мА |
0,6 мА 1,5 мА 6,0 мА 15 мА 60 мА |
0,5 |
90 Ом 50 Ом 12 Ом 5 Ом 0,7 Ом |
|
|
Э523 миллиамперметр |
0 … 20 мА |
5 мА 10 мА 20 мА |
0,5 |
2400 Ом 600 Ом 150 Ом |
|
|
М252 вольтметр пост. тока |
0…30 В |
30 В |
0,5 |
30 кОм |
|
|
Э515 вольтметр |
0 … 60 В |
7,5 В 15 В 30 В 60 В |
100 Ом 200 Ом 1200 Ом 2400 Ом |
||
|
Нормы точности измеряемой величины согласно исходным данным: |
|||||
|
Тип средства измерений |
Диапазон измеряемых величин |
Пределы измерений |
Класс точности |
Внутреннее (входное) сопротивление |
|
|
М254 миллиамперметр пост. тока |
0 … 60 мА |
6,0 мА |
0,5 |
12 Ом |
|
|
М252 вольтметр пост. тока |
0…30 В |
30 В |
0,5 |
30 кОм |
|
Значение сопротивления Rх :
для схемы рис.1а:
(1)
для схемы рис. 1б:
(при ) (2)
Экспериментально определяемое значение сопротивления находится расчетным путем, согласно закону Ома:
(3)
Таким образом, абсолютные поправки к показанию, определенному согласно (3), для схем (а и б) соответственно составляют:
(4)
(5)
Максимально допустимое абсолютное отклонение показания, определяемого по формуле (3), от измеряемого сопротивления находится по формуле:
(6)
где максимально допустимое относительное отклонение показания от измеряемого сопротивления определяется по формуле:
(7)
где и — максимально допустимые относительные отклонения показаний используемых средств измерений от измеряемого тока и напряжения, определяемые с учетом классов точности средств измерений, показаний и выбранных пределов измерений и рассчитываются по формулам:
(8)
(9)
где — класс точности миллиамперметра;
- класс точности вольтметра.
С учетом внесённой поправки , классов точности средств измерений и полученных показаний можно определить пределы, в которых находится значение измеряемого сопротивления R по формуле:
(10)
1.3 Расчет
При заданном законе изменения напряжения на входе цепи ток в цепи в установившемся режиме имеет две составляющие (постоянную и переменную):
Обе составляющие могут быть рассчитаны по исходным данным с помощью законов Ома и Кирхгофа.
Постоянная составляющая пульсирующего тока :
Комплексное сопротивление цепи для схемы RL определяется по формуле:
Модуль этого выражения:
Амплитудное значение переменной составляющей пульсирующего тока:
Для решения поставленной измерительной задачи выберем миллиамперметр Э59/140 с пределом измерения 250 мА. Его параметры:
диапазон измеряемых величин: 0….1000мА
пределы измерений: 250мА, 500мА, 1000мА
диапазон частот, ГЦ: 45…. 1500
класс точности: 1,0
внутреннее( входное) сопротивление : 0.7 Ом , 0.2 Ом ,0.05 Ом
индуктивность обмотки, мГн, не более: 2.9 , 0.2 , 0.06
Среднеквадратическое значение переменной составляющей пульсирующего тока :
Среднеквадратическое значение переменной составляющей всего пульсирующего тока :
Примем расчётные значения и за показания соответствующих приборов . Далее следует вспомнить особенности использования электромеханических амперметров различных систем-магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической. Амперметры магнитоэлектрической системы годны для измерения только постоянных токов. Они включаются последовательно с нагрузкой.
Пределы, в которых находиться измеряемая постоянная составляющая пульсирующего тока:
- где -показание амперметра магнитоэлектрической системы;
- абсолютная детерминированная поправка к показанию амперметра за счёт влияния внутреннего активного сопротивления амперметра;
- максимально допускаемое абсолютное отклонение показания амперметра магнитоэлектрической системы от измеряемого значения.
Абсолютная поправка к показанию в данном случае может быть определена по формуле:
Максимально допускаемое абсолютное отклонение показаний амперметра от измеряемого значения может быть определенна по формуле:
Среднеквадратическое значение всего пульсирующего тока может быть изменено с помощью амперметра электромагнитной или электродинамической системы, которые годны для использования в цепях переменного и постоянного тока, и показания которых определяются выражением:
Выбор амперметра электромагнитной системы или электродинамической системы определяется наличием внешнего магнитного поля, при его наличии следует применять астатический прибор.
Среднеквадратическое значение переменной составляющей пульсирующего тока может быть измерено при помощи двух приборов , измеряющих соответсвенно постоянную составляющую и среднеквадратическое значение пульсирующего тока с предыдущим вычислением по формуле:
Среднеквадратическое значение переменной составляющей пульсирующего тока находиться в пределах :
где -абсолютная детерминированная погрешность к показанию :
Второй вариант решения поставленной измерительной задачи: выберем вольтметр электронный В3-57 .Его параметры:
диапазон измеряемых напряжений, В: …300
диапазон частот измеряемых напряжений: 5….5*10-6
класс точности: 2,5
входное сопротивление, МОм не менее : 4
входная ёмкость , пФ ,не более:15(1…300В)
тип детектора; градуировка шкалы; вид входа:ДСК; СК;Uск sin ЗВ
Далее найдём пределы измеряемой величины для данного вольтметра
Пределы, в которых находиться измеряемая постоянная составляющая пульсирующего тока:
- где -показание вольтметра;
- абсолютная детерминированная поправка к показанию вольтметра за счёт влияния вхoдного сопротивления R =4 МОм вольтметра, которое подключается к схеме параллельно;
- максимально допускаемое абсолютное отклонение показания вольтметра от измеряемого значения.
Абсолютная поправка к показанию в данном случае может быть определена по формуле:
Максимально допускаемое абсолютное отклонение показаний вольтметра от измеряемого значения может быть определенна по формуле:
Среднеквадратическое значение переменной составляющей пульсирующего тока может быть измерено при помощи двух приборов , измеряющих соответственно постоянную составляющую и среднеквадратическое значение пульсирующего тока с предыдущим вычислением по формуле:
Среднеквадратическое значение переменной составляющей пульсирующего тока находиться в пределах :
где -абсолютная детерминированная погрешность к показанию :
2. Разработка документации
2.1 Вводная часть
Разработка методики выполнения измерений осуществляется в соответствии с действующим Государственным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 8.563-96, разработанным Всероссийским научно-исследовательским институтом метрологической службы и Уральским научно-исследовательским институтом метрологии принят и введен в действие Постановлением Госстандарта России от 23 мая 1996 г. № 329.
Разработку методики выполнения измерений (далее по тексту МВИ) осуществляют на основе исходных данных, которые включают: назначение МВИ, требования к точности измерений, условия выполнения измерений (номинальные значения влияющих факторов и допустимые отклонения от них, например температуры окружающей среды, влажности воздуха и т.д.) и другие требования к МВИ. Исходные данные излагают в техническом задании, технических условиях, отчетах о научно-исследовательской работе и других документах.
В назначении МВИ указывают:
- область применения (объект измерений, в том числе наименования продукции и контролируемых параметров, а также область использования — для одного предприятия, для отрасли, для сети отраслевых или межотраслевых лабораторий и т.п.);
- наименование (при необходимости развернутое определение) измеряемой величины; при измерении величин, не установленных ГОСТ 8.417, в назначении МВИ указывают развернутые определения этих величин либо ссылки на нормативные документы, содержащие такие определения.
Определение измеряемой величины должно разъяснять ее связь с другими величинами и способ образования когерентных производных единиц Международной системы единиц СИ;
- характеристики измеряемой величины (диапазон и частотный спектр, значения неинформативных параметров и т.п.);
- характеристики объекта измерений, если они могут влиять на погрешность измерений (выходное сопротивление, жесткость в месте контакта с датчиком, состав пробы и т.п.).
В документах (разделах, частях документов), регламентирующих МВИ, в общем случае указывают:
- назначение МВИ;
- условия выполнения измерений;
- метод (методы) измерений;
- нормы погрешности (неопределенности) измерений и (или) приписанные характеристики погрешности (неопределенности) измерений;
- требования к средствам измерений (в т.ч.
к стандартным образцам, аттестованным смесям), вспомогательным устройствам, материалам, растворам или указывают типы средств измерений, их характеристики и обозначения документов, где приведены требования к средствам измерений (ГОСТ, ТУ и другие документы);
- операции при подготовке к выполнению измерений;
- операции при выполнении измерений;
- операции обработки и вычислений результатов измерений;
- процедуры и периодичность контроля точности получаемых результатов измерений с учетом требований раздела 6 ГОСТ Р ИСО 5725-6;
- требования к оформлению результатов измерений;
- требования к квалификации операторов;
- требования к обеспечению безопасности выполняемых работ;
- требования к обеспечению экологической безопасности;
- другие требования и операции (при необходимости).
2.2 Нормы точности и правильность выполнения измерений
Методика данных измерений должна обеспечивать следующие нормы точности измеряемой величины:
- амплитудное значение напряжения не более 100 В;
- относительная погрешность результата измерения напряжения не более ± 4%.
2.3 Средства измерений и вспомогательные устройства
Средства измерений выбираем из Таблицы 1 с учетом норм точности измеряемой величины согласно исходным данным, соответственно в качестве средства измерений выбираем вольтметр постоянного тока М252 и миллиамперметр постоянного тока М254.
В качестве метода измерений выбираем метод прямых измерений. Прямой метод измерений — измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных.
2.4 Требования к обеспечению безопасности выполняемых работ
При выполнении измерений характерного значения активного сопротивления электрическому току соблюдают следующие требования безопасности:
- работе с приборами допускаются лица изучившие их работу и составные части, и прошедшие проверку знаний по технике безопасности при работе с электроустановками напряжением до 1000 В (с делителем — свыше 1000 В);
- перед включением приборы необходимо заземлить, для чего зажим защитного заземления подсоединить к контуру защитного заземления;
- подключение к приборам и отключение измерительных кабелей производится только при обесточенных электрических цепях;
- лица, допущенные к работе должны проходить ежегодную проверку знаний по технике безопасности.
2.5 Требования к квалификации операторов
К выполнению измерений и обработке их результатов допускаются лица, имеющие среднетехническое, неполное высшее образование, прошедшие инструктаж в соответствии со стандартом предприятия, изучившие техническую документацию на применяемые средства измерения.
2.6 Условия выполнения измерений
При выполнении измерений выполняются условия, приведенные в табл. 2.
Таблица 2
Условия выполнения измерений:
|
Тип средства измерений |
Диапазон измеряемых величин |
Пределы измерений |
Класс точности |
Внутреннее (входное) сопротивление |
|
|
М254 миллиамперметр пост. тока |
0 … 60 мА |
6,0 мА |
0,5 |
12 Ом |
|
|
М252 вольтметр пост. тока |
0…30 В |
30 В |
0,5 |
30 кОм |
|
2.7 Подготовка к выполнению измерений
Подготовка средства измерения к работе осуществляется в соответствии с инструкциями по эксплуатации, имеющимися на рабочем месте.
При подготовке к выполнению измерений следует провести следующие работы:
- убедиться в отсутствии механических повреждений;
- убедиться в наличии действующих сертификатов калибровки у применяемого средства измерений;
- установить прибор в горизонтальное положение;
- установить тумблер СЕТЬ в положение ВКЛ;
- приступить к измерениям через 30 минут после включения прибора в сеть питания.
2.8 Выполнение измерений
Для проведения измерений переменного напряжения необходимо выполнить следующие операции:
- подготовить приборы к измерениям согласно, подраздела 8;
- провести отсчет показаний по индикаторному табло.
2.9 Обработка результатов измерений
Обработка результатов измерений переменного напряжения сложной формы сведена в табл. 3.
Таблица 3
Результат измерений
|
Миллиамперметр постоянного тока М254 |
Вольтметр постоянного тока М252 |
|||||||||
|
измерения |
Метрологические характеристики СИ |
расчет |
измерения |
Метрологические характеристики СИ |
расчет |
|||||
|
Показания миллиамперметра IПОК (мА) |
Класс точности |
Входное сопротивление (Ом) |
Абсолютная поправка И1 (Ком) |
Максимально относительное допустимое отклонение еR (кОм) |
Показания вольтметра UПОК (В) |
Класс точности |
Входное сопротивление (кОм) |
Абсолютная поправка И2 (кОм) |
Максимально относительное допустимое отклонение еR (кОм) |
|
|
6 |
0,5 |
12 |
0,71 |
0,042 |
30 |
0,5 |
30 |
-0,012 |
0,053 |
|
Заключение
В данной курсовой работе на основе заданных данных сформированы данные для методики выполнения измерения. Из предложенных 4-х вольтметров, характерных для заданного измерения, и исходных данных, а так же по представленным требованиям характеристики точности, выбрано средство измерений: электронный вольтметр В 3-57 с типом детектора данного вольтметра — среднеквадратического значения; шкала вольтметра проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидальной формы; форма напряжения сигнала однополярные импульсы прямоугольной формы. При измерении таким вольтметром можно упростить обработку полученных данных.
На основе технических характеристик и диапазона измерений при необходимости снятия показания рассчитаны относительную погрешность, абсолютную погрешность и абсолютную поправку. Из этих данных определен предел, в котором находится значение напряжения.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/reglamentatsiya-vyipolneniya-izmereniy/
Виноградов Г.А. Основы электротехники. — Л.: Изд-во Энергия, 1992
Медякова, Э.И. Методы и средства измерений, испытаний и контроля: учебное пособие./ Э.И. Медякова. — СПб.: Изд.-во СЗТУ, 2009. — 101 с.
Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. — М.: Высшая школа, 1993
Фридман А.Э. Основы метрологии: современный курс. — СПб.: Профессионал, 2008.
ГОСТ Р 8.563-96 «ГСИ. Методики выполнения измерений»
ГОСТ 8.563-96. «ГСИ. Основные нормы и правила в области обеспечения единства 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»
