Измерение электрических величин аналоговыми приборами

ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧИИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

 

Предмет и содержание дисциплины. Понятие об измерении физических величин. Особенности электрических измерений. Электрические измерения как средство контроля технологических процессов в автоматическом управлении производственными процессами и в научных исследованиях. Краткий обзор истории развития метрологии и измерительной техники и ее задачи на современном этапе. [1, с.3...10: 2, с.3...11; 3).

 

Методические указания

 

Студенты изучают историю развития электроизмерительной техники, значение измерений в науке и технике, перспективы развития теории и практики электрических измерений.

Вопросы для самопроверки

 

1. Чем обусловлена важная роль измерений в науке и технике?

2. Основные этапы развития электроизмерительной техники.

3. Что изучает метрология?

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ

 

Понятие измерения. Задачи метрологии. Единицы физических величин.

Международная система единиц /СИ/. Классификация средств измерений. Эталонная база. Метрологическая служба. Виды и методы измерений. Характеристики средств измерений. Структурные схемы средств измерений. [ 1, с.11...39, 2, с.12...45; 3. с.3...30; 4, с.7...17]

Методические указания

 

Особое внимание следует уделить пониманию терминов и определений измерительной техники. В результате изучения темы студенты должны знать сравнительную классификацию видов /прямые, косвенные, совместные/, методов /непосредственной оценки и сравнения с мерой/ и средств /меры, измерительные преобразователи, приборы, системы/ измерения; основные принципы обеспечения единства измерений в стране; основные характеристики средств измерений; классификацию погрешностей по форме представления, характеру изменения, условиям возникновения. Четко понимать, что представляет собой класс точности прибора и способы его обозначения согласно ГОСТ 8.401-80. Разбираться в структурных схемах средств измерений прямого и компенсационного преобразования, знать их основные погрешности.

 

Вопросы для самопроверки

 

4. Дайте определение понятий "измерение", "единица физической величины", "результат измерения", "погрешность измерения".

5. Задачи и структура государственной метрологической службы.

6. В чем отличие прямых, косвенных и совместных измерений?

7. Что такое эталон и какие функции он выполняет?

8. Как передается размер единиц величин от эталона к рабочим средствам измерений?

9. Классификация погрешностей средств измерений.

10. Аддитивные и мультипликативные погрешности. Причины их возникновения.

11. Расчет погрешностей средств измерения прямого преобразования.

12.Расчет погрешностей средств измерения компенсационного преобразования /с замкнутой структурной схемой/.

13. Обозначение классов точности приборов по ГОСТ 8.401-80.

14. Методы измерений. Краткая характеристика.

 

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Погрешности измерений. Виды погрешностей. Систематические погрешности прямых измерений и методы их исключения из результата измерения. Систематические погрешности косвенных измерений и их опрееление. Вероятностные характеристики случайных погрешностей. Обработка результатов прямых и косвенных измерений. Суммирование погрешностей. [1, с.39...54; 2, с.45...75; 3, c.31...45; 4, с.17...29]

 

Методические указания

 

При изучении темы необходимо помнить, что в общем случае погрешность измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины - состоит из двух составляющих: систематической и случайной. Систематическая погрешность в процессе измерения остается постоянной или изменяется по известному закону, что позволяет ее определить и исключить из результата измерения. Случайная погрешность изменяется случайным образом от измерения к измерению и может быть определена только в результате математической обработки результатов наблюдений с определенной вероятностью, называемой доверительной.

В результате изучения темы студенты должны знать способы обнаружения систематических погрешностей и методы их исключения, а также законы распределения случайных погрешностей. Уметь находить доверительный интервал погрешностей при нормальном законе распределения по­грешностей при большом и малом числе наблюдений, записывать результат измерений в соответствии с требованиями ГОСТ 8.011-72. Знать методику нахождения результатов прямых и косвенных измерений при на­личии случайных погрешностей с нормальным законом распределения и как осуществляется суммирование погрешностей.

 

Вопросы для самопроверки

 

15. Отличие систематических и случайных погрешностей.

16. Примеры законов распределения случайных погрешностей. Факторы, определяющие законы распределения. Начертить их графики.

17. Определение понятий "доверительный интервал" и "доверительная вероятность".

18. Как определяют доверительный интервал и доверительную вероятность для нормального закона распределения?

19. Как определяют результат и погрешность прямых измерений с многократными наблюдениями?

20. Как определяют результат и систематическую погрешность косвенных измерений?

21. Как определяют суммарную погрешность косвенных измерений?

22. Как оцениваются результаты измерения при малом числе наблюдений?

 

 

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН АНАЛОГОВЫМИ ПРИБОРАМИ

 

 

Основные детали и узлы измерительных механизмов. Моменты, действующие на подвижную часть измерительного механизма. Противодействующий момент и способы его создания.

Разновидности электромеханических измерительных механизмов: магнитоэлектрический /обычный и логометрический/, электромагнитный, электродинамический и ферродинамический, электростатический. Конструкции, принцип действия, источники погрешностей, уравнения преобразования. Эксплуатационные характеристики, область применения.

Измерительные преобразователи тока и напряжения. Шунты и добавочные резисторы; компенсация температурных погрешностей. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Векторные диаграммы. Измерительные трансформаторы постоянного тока. Термопреобразователи. Измерительные выпрямители.

Измерение постоянных и переменных токов и напряжений электромеханическими приборами без преобразователей рода тока.

Измерение переменных токов и напряжений магнитоэлектрическими приборами с преобразователями рода тока. Магнитоэлектрические гальванометры.

Электронные вольтметры постоянного тока. Вольтметры переменного тока амплитудного, среднего и среднеквадратичного значения. Принцип действия, структурные схемы. Эксплуатационные характеристики. Область применения. Погрешности. Измерение угла сдвига фаз, частоты, энергии. [ 1, с.56...148; 2, с.84...180; 3, c.49...96; 4, 0.59-75].

 

 

Методические указания

 

Необходимо рассмотреть и изучить общий принцип действия и устройство измерительных механизмов, получение обобщенного выражения вращающего момента. Вывести уравнение шкалы для всех измерительных механизмов из условия статического равновесия подвижной части. Рассмотреть устройство, конструкцию и назначение узлов и деталей, общих для всех измерительных механизмов.

При изучении измерительных преобразователей необходимо уяснить их назначение, основные расчетные соотношения, источники погрешностей. Знать способы компенсации температурных и частотных погрешностей для шунтов и добавочных резисторов; векторные диаграммы измерительных трансформаторов тока и напряжения, источники погрешностей; область применения и конструкцию трансформаторов постоянного тока; принцип действия, конструкцию и область применения выпрямительных термопреобразователей.

На базе изученного материала по электромеханическим измерительным механизмам и измерительным преобразователям нужно разобраться в преимуществах и недостатках каждого из типов электромеханических приборов для измерения токов, напряжений, угла сдвига фаз, частоты. Усвоить особенности каждой системы, основные источники погрешности, диапазон измерений, способы компенсации погрешностей и расширения диапазонов измерения. Научиться подбирать системы приборов в зависимости от параметров исследуемой цепи.

При изучении материала об электронных вольтметрах следует проанализировать структурные схемы приборов, принцип построения схем с открытым и закрытым входом для постоянной составляющей, для измерения амплитудных, средних и среднеквадратичных значений, расширение преде­лов измерений, выбор измерительного механизма на выходе схемы.

При изучения гальванометров следует обратить внимание на рассмотрение режимов движения подвижной части и выбор внешнего сопротивления исследуемой цепи.

Вопросы для самопроверки

 

23. Основные узлы электромеханических приборов и их назначение.

24. Основные характеристики электромеханических приборов.

25. Почему значение противодействующего момента должно зависеть от поворота подвижной части?

26. Почему приборы магнитоэлектрической системы обладают высокой чувствительностью и точностью? Напишите уравнение преобразования.

27. Принцип работы магнитоэлектрического гальванометра.

28. Принцип действия приборов электромагнитной системы, область их применения.

29. Принцип работы приборов электродинамической системы, область их применения.

30. Свойства и область притеснения электростатических приборов.

31. Что такое логометр? Особенности его конструкции. На базе каких измерительных механизмов может быть изготовлен логометр?

32. Принцип действия, характеристики и область применения приборов термоэлектрической системы.

33. Принцип действия и структурные схемы электронных вольтметров.

34.Схемы "открытого" и "закрытого" по постоянному току входов электронных вольтметров.

35. Принцип действия амплитудного вольтметра.

36. Электронные вольтметры средних и среднеквадратичных значений.

37. Методические погрешности при измерении токов и напряжений.

38. Расширение пределов измерений вольтметров.

39. Расширение пределов измерений амперметров.

40. Компенсация частотных погрешностей электромеханических приборов.

41. Компенсация температурных погрешностей.

42. Какими приборами /какой системы/ измеряют угол сдвига фаз? Приведите схему и поясните ее.

43. Измерение частоты электромеханическими измерительными приборами.

44. Электромеханические ваттметры.