Поверка приборов. Виды погрешностей

При любом измерении возможны погрешности, т.е. отклонения результатов измерений от истинного значения измеряемой величины, которые обуславливаются несовершенством измерительного механизма, влиянием внешних факторов (наличием магнитных и электрических полей, изменением магнитных и электрических полей, изменением температуры окружающей среды и т.д.), несовершенством органов чувств человека и другими случайными факторами.

Разность между показаниями прибора А_п и действительным значением измеряемой величины А_д, выраженная в единицах измеряемой величины, называется абсолютной погрешностью измерения.

DА= А_п- А_д.

Величина, обратная по знаку абсолютной погрешности, носит название поправки.

DР= -DА= А_д - А_{п .}

Для оценки точности произведенного измерения служит относительная погрешность d, которая представляет собой отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины, выраженное обычно в процентах:

d =

По относительной погрешности оценивать точность, например, стрелочных измерительных приборов неудобно, так как для них абсолютная погрешность вдоль всей шкалы практически постоянна, поэтому с уменьшением значения измеряемой величины растет относительная погрешность.

Точность измерительных приборов оценивают по приведенным погрешностям. Приведенная погрешность — это отношение абсолютной погрешности измерения к диапазону измерений устройства (или к предельному значению), выраженное в процентах:

g = ,

где А_п — показания прибора; А_д — действительное значение измеряемой величины; А_н — предельное значение измерительного прибора.

По максимальному значению приведенной погрешности (основному значению) определяют класс точности прибора. Их восемь: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4. Класс точности указывается на шкале прибора.

При эксплуатации приборов периодически необходимо поверять их погрешности. Поверки в обязательном порядке должны проводиться после ремонтов и регулировки.

Поверка измерительного прибора должна включать его внешний осмотр, определение погрешности и документальное оформление поверки.

Электроизмерительные приборы классов точности 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4 поверяются по методу сравнения их показаний с показанием образцовых приборов. При этом: а) допустимая погрешность (класс точности) образцового прибора должна быть не менее чем в 3 раза меньше допустимой погрешности поверяемого прибора; б) верхний предел измерения образцового прибора должен быть таким же, как у поверяемого, или не превышать его более чем на 25 %.

Поверка приборов осуществляется для всех оцифрованных точек шкалы при возрастании и убывании измеряемой величины.

Основная погрешность приборов определяется как наибольшая из всех погрешностей, найденных при монотонном увеличении и уменьшении измеряемой величины.

Поверка амперметра

Для поверки амперметра необходимо:

1. Собрать цепь по схеме (рисунок 1.5), используя приборы и элементы лабораторного стенда.

Рисунок 1.5 — Схема поверки амперметра

На рисунке 1.5 РА_x — поверяемый амперметр (по указанию преподавателя); РА₀ — образцовый прибор (прибор, который необходимо подобрать); R — резистор; TV — лабораторный автотрансформатор (ЛАТр); QF — авто-матический выключатель;

2. Убедиться, что движок ЛАТра установлен в положение, соответствующее минимальному значению напряжения на выходе, подать напряжение на цепь;

3. Меняя напряжение, подаваемое на электрическую цепь с помощью ЛАТра, произвести поверку амперметра на всех оцифрованных точках его шкалы (0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 А) при возрастании и убывании измеряемой величины;

4. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.1.

В таблице I₀­, I₀¯— показания образцового прибора при изменении питающего напряжения вверх и вниз соответственно; I_0ср — среднее значение показания образцового прибора

;

Таблица 1.1

5. По результатам измерений определить погрешности поверяемого амперметра и дать заключение о его классе точности.

Поверка вольтметра

1. Собрать схему согласно рисунку 1.6 на лабораторном стенде.

Рисунок 1.6 — Схема поверки вольтметра

На рисунке 1.6 РV_x — поверяемый вольтметр; РV₀ — образцовый вольтметр, который необходимо подобрать.

2. Убедиться, что движок ЛАТра установлен в положение, соответствующее минимальному значению напряжения на выходе, подать напряжение на цепь.

3. Меняя напряжение, подаваемое на электрическую цепь с помощью ЛАТра, произвести поверку вольтметра на всех оцифрованных точках его шкалы при возрастании и убывании измеряемой величины.

4. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

В таблице U₀­, U₀¯— показания образцового прибора при изменении питающего напряжения вверх и вниз соответственно; U_0ср — среднее значение показания образцового вольтметра.

5. По результатам измерений определить погрешности поверяемого вольтметра и сделать вывод о его соответствии своему классу точности.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА
С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ
КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ И КОНДЕНСАТОРА.

Схема электрической цепи с последовательным соединением активного, индуктивного и ёмкостного сопротивлений представлена на рисунке 2.1, на котором R — активное сопротивление; L — индуктивность катушки индуктивности; С — ёмкость конденсатора; U_R, U_L, U_C — падения напряжений на активном, индуктивном и ёмкостном сопротивлениях; U — напряжение питания на зажимах цепи; I — ток в цепи.

Рисунок 2.1 — Последовательное соединение элементов R, L и С

В соответствии с законом Ома, связь между током и напряжением для действующих значений можно представить выражением:

,

где — полное сопротивление цепи; R, X_L, X_C — соответственно активная, индуктивная и ёмкостная составляющие полного сопротивления цепи.

В комплексной форме закон Ома можно представить выражением:

,

где — комплекс действующего значения напряжения на входе цепи; — комплекс полного сопротивления цепи.

Индуктивное и ёмкостное сопротивления цепи зависят не только от физических параметров катушки и конденсатора, а также и от частоты питающего напряжения f.

Эта зависимость определяется выражениями:

Х_L = wL = 2pfL , X_C = .

Приложенное к рассматриваемой электрической цепи питающее напряжение U уравновешивается падением напряжения на отдельных ее участках.

Согласно второму закону Кирхгофа, этому положению соответствует равенство:

,

где — векторы действующих значений приложенного к цепи напряжения на активном, индуктивном и ёмкостном элементах соответственно.

Следует обратить внимание, что законы Кирхгофа записываются в комплексной или векторной форме, т. е. 2-ой закон Кирхгофа можно записать в виде:

.

Векторная диаграмма для рассматриваемой цепи, из которой можно выделить треугольник напряжений аbс представлена на рисунке 2.2.

Гипотенуза треугольника напряжений соответствует действующему значению приложенного к цепи напряжения U, а катеты — активной и реактивной составляющим этого напряжения.

Рисунок 2.2 —Треугольник напряжений

Угол между векторами напряжения и тока j называется углом сдвига фаз и определяется разностью начальных фаз напряжения и тока, т. е. j = y_u - y_i.

Разделив величины длин сторон треугольника напряжений на число, равное действующему значению тока в рассматриваемой цепи, получим треугольник, у которого стороны будут в масштабе соответствовать значениям сопротивлений этой цепи. Этот треугольник называется треугольником сопротивлений (рисунок 2.3.).

Рисунок 2.3 — Треугольник сопротивлений

Гипотенуза треугольника сопротивлений соответствует в масштабе полному сопротивлению цепи Z, а катеты — его активной R и реактивной Х составляющим.

Значение j зависит от соотношения активного и реактивного сопротивлений цепи. Из треугольника сопротивлений угол сдвига фаз можно определить как

.

В зависимости от соотношения Х и R могут иметь место три характерных режима работы цепи:

1) активно-индуктивный, когда Х_L>X_C, j > 0 (рисунок 2.4);

2) активно-ёмкостной, при котором Х_L<X_C, j <0 (рисунок 2.6);

3) активный, при котором Х_L=X_C, j = 0, т. е. ток и напряжение совпадают по фазе (рисунок 2.5).

Рисунок 2.4 Рисунок 2.5 Рисунок 2.6

Режим отставания по фазе тока от напряжения имеет место при положительных U_p, когда индуктивная составляющая напряжения больше активной составляющей: U_L>U_C. Последнее обеспечивается, если Х_L>X_C.

Режим, при котором ток опережает по фазе приложенное напряжение, имеет место при условии U_L<U_C и, соответственно, при Х_L<X_C.

При Х_L=X_C, также U_L=U_C, и при этом также возможен резонанс напря-жений, основным проявлением которого можно назвать резкое увеличение величин напряжения на реактивных элементах цепи (усиление по напряже-нию).