Тема2.Методи порівняння з мірою та методи реєстрації

Методичні вказівки та контрольна робота

до вивчення дисципліни ”Основи метролології та електричних вимірювань” для студентів напряму 6.050702-електромеханіка

Затверджено

На засіданні Вченої ради

академії

протокол № від 2010р

Дніпропетровськ НМетАУ 2010

УДК 621.31:620.22

Робоча програма, методичні вказівки та контрольна робота до вивчення дисципліни “Основи метрології та електричних вимірювань” для студентів напряму 6.050702-електромеханіка/Укл.В.І.Нежурін-Дніпропетровськ, НМетАУ, 2010

Наведені робоча програма,методичні вказівки до вивчення дисципліни”Основи метрології та електричних вимірювань”,

література, пояснення до виконання контрольної роботи.

Призначено для студентів напряму 6.050702-електромеханіка

заочної форми навчання.

Укладач В.І.Нежурін,доц.

Зміст

1.Робоча програма дисципліни.

2.Характеристика дисципліни.

3.Загальні методичні вказівки до вивчення дисципліни

Тема1.Загальні поняття метрології та вимірювання електричних величин.

Тема2.Методи порівняння з мірою та методи реєстрації.

Тема3. Магнітні величини та цифрові прилади.

Тема4.Цифрові прилади.

4.Теми лабораторних робіт.

5.Методичні вказівки до виконання контрольної роботи.

Література

1.Робочапрограма дисципліни” Основи метрології та електричних вимірювань”

Розподіл годин за навчальним планом

	Усього

Усього годин за навчальним планом, у тому числі:
Аудиторні заняття, з них:
Лекції
Лабораторні роботи
Практичні заняття	-
Семінарські заняття	-
Самостійна робота, у тому числі при:
Підготовці до аудиторних занять	-
Підготовці до контрольних заходів	1.кр
Виконанні курсових проектів (робіт)	-
Виконанні індивідуальних завдань	-
Опрацюванні розділів програми, які не викладаються на лекціях	-
Підсумковий контроль	екз

2.Характеристика дисципліни

Навчальна дисципліна “Основи метрології та електричних вимірів” входить до блоку професійно-орієнтованих дисциплін.
Мета вивчення дисципліни – засвоєння знань та придбання навичок, необхідних для розуміння питань щодо значення та ролі вимірювальних приладів та систем для контроля за роботою автоматизованого електроприводу на підприємствах металургійної промисловості.
У разі вивчення дисципліни студент повинен знати:
- типи та системи аналогових вимірювальних приладів;
- особливості електричних вимірів електричних величин;
- методи реєстрації електричних величин;
- методи вимірювання магнітних величин;
- особливості вимірювального процесу із застосуванням цифрових приладів.
Вміти:
- висувати комплекс вимог до електровимірювальних приладів;
- оцінювати точність вимірювань величин;
- читати електричні принципові схеми;
- застосовувати методи вимірювання електричних величин;
- оцінювати можливості аналогових та цифрових приладів.
Критерії успішності – отримання позитивної оцінки по контрольній роботі з кожного залікового модуля.
Засоби діагностики успішності навчання – перелік тем контрольних робіт з кожного залікового модуля, перелік літературних джерел, що є вихідною інформацією для контрольних робіт.
Зв’язок з іншими дисциплінами – дисципліна є складовою частиною при підготовці бакалаврів напряму “Електромеханіка”. Ій передує вивчення дисциплін “Теоретичні основи електротехніки”, “Електроніка та мікросхемотехніка”.

Набуті знання використовуються при вивченні дисциплін електротехнічного напряму.

3.Загальні методичні вказівки до вивчення дисципліни

Тема1.Вступ.Загальні питання метрології.Вимірювання електричних величин.

Метрологія як наука про електричні вимірювання,роль цієї дисципліни у підготовці інженерів-електромеханіків.

Задачі вимірювання електричних величин.

Засоби вимірювання, класифікація

Види і методи вимірювань.

Обробка результатів вимірювань.

Електромеханічні аналогові прилади, класифікація.

Вимірювання потужності, енергії, частоти, опорів.

Методичні вказівки.

При вивченні теми треба зрозуміти основні визначення метрології.

Вимірювання – знаходження значення фізичної величини шляхом дослідження за допомогою спеціальних технічних засобів (ДСТУ 2681-94).

Значення фізичної величини – поіменована кількістна оцінка вимірюваної фізичної величини. Тобто результат виміру повинен бути виражений в певних одиницях.

Фізичні величини поділяються на:

1. Основні і похідні;

2. Розмірні і безрозмірні;

3. Аналогові і квантовані;

4. Квазідетерміновані і стахостичні;

5. Активні і пасивні.

Основними є величини які відтворені і виміряні з найбільшою точністю (довжина, маса, час, сила електричного струму).

Розмірна величина, якщо в її розмірність входить хоча б одна з основних величин, приведена до степеня, нерівного нулю.

Безрозмірні (відносні) величини, являють собою відношення данної фізичної величини до однойменної, прийнятої в якості вихідної (опорної).

Аналогова величина може мати в заданому діапазоні нескінченну кількість розмірів.

Квантована (дискретна) величина в заданому діапазоні має тільки скінчену кількість розмірів. Прикладом квантованої електричної величини може бути малий електричний заряд, розмір якого визначається кількістю зарядів електронів, що входять в його склад.

Квазідетермінована величина – величина для якої відомий вид залежності від часу, але невідомий вимірюваний параметр цієї залежності.

Стахостична (випадкова) – величина, розмір якої змінюється у часі випадково.

Активні величини здатні без сторонніх джерел енергії створювати сигнал вимірюваної інформації (напруга, струм).

Пасивні самі не здатні створювати сигнал вимірюваної інформації (опір).

При вимірах користуються поняттям «інформація».

Інформація – це сукупність знань, що зменшують початкову невизначеність об’єкту.

Інформацію про значення вимірюваної фізичної величини називають вимірюваною інформацією.

Матеріальний носій інформації – сигнал. Сигналом в загальному розумінні є фізичний процес, що протікає у часі. Сигнал, що функціонально пов’язаний з вимірюваною фізичною величиною, називають сигналом вимірюваної інформації. Сигнал вимірюваної інформації має інформативний параметр – параметр, функціонально пов’язаний з вимірюваною величиною.

Сигнали вимірюваної інформації часто супроводжуються перешкодами -- сиганлами, що не несуть вимірювану інформацію.

За способом отримання чисельного значення вимірюваної фізичної величини всі вимірювання поділяються на чотири види

– прямі;

– непрямі;

– сукупні;

– спільні.

Прямі вимірювання – такі при яких значення вимірюваної величини знаходять безпосередньо з експериментальних донних – порівнянням її розміру з розміром, відтворюваним мірою, або у вигляді показника вимірювального приладу.

Непрямі виміри – це ті, при яких значення вимірюваної величини знаходять за проміжним результатом прямих вимірювань інших величин, пов’язаних з вимірюваною відомою залежністю.

де – значення величин отриманих прямими вимірами.

(Наприклад визначення потужності , знаходиться за результатами вимірювань напруги та струму ).

Сукупні вимірювання виконують для кількох однойменних фізичних величин, значення яких знаходять розв’язанням системи рівнянь.

Спільні вимірювання виконують для двох і більше неоднойменних фізичних величин.

В залежності від об’єкту дослідження, властивостей засобів вимірювання, тощо, виміри виконуються одноразово чи багаторазово.

Виміри поділяються на статичні і динамічні в залежності від режиму роботи застосовуваних засобів виміру. До статичних вимірів відносяться такі виміри при яких вихідний сигнал засобу виміру залишається незмінним у часі. До динамічних вимірів відносяться виміри, що виконуються засобом виміру в динамічному режимі. Визначення послідовних значень величини, що змінюється у часі призводять до знаходження часових залежностей зміни цієї величини.

Якщо на заданому інтервалі часу кількість вимірюваних миттевих значень величини кінцеве, то це дисткретні виміри, якщо нескінченні – аналогові.

Взаємодія засобів вимірювання з об’єктом основана на фізичних явищах, сукупність яких складає принцип виміру, а сукупність прийомів використання засобів і принципів вимірювання – методи вимірювання. При вимірюванні електричних величин застосовують методи безпосередньої оцінки і порівняння.

Методи безпосередньої оцінки основані на використанні вимірювальних пристроїв, шкали яких проградуйовані в одиницях вимірюваної величини. При цьому отримують значення вимірюваної величини безпосередньо, без будь-яких додаткових дій і без обчислень, крім множення його показників на постійну вимірювального приладу (ціну поділки).

Для здійснення електричних вимірюваннях використовують наступні методи порівняння:

- Метод протиставлення (компенсаційний) полягає в тому, що на виході порівнювального пристрою (компоратора) водночас подаються сигнали вимірюваної величини і однойменної їй величини, розмір якої відтворюється мірою, а співвідношення між ними визначають за вихідними сигналами порівнювального пристрою. (Наприклад, вимірювання напруги постійного струму за допомогою компенсатора, шляхом порівняння з величиною ЕРС нормального елемента).

- Метод заміщення полягає у почерговому вимірюванні невідомої величини приладом і вимірюванні цим же приладом однойменної міри. По результатам двох вимірів може бути обчислена невідома величина. (Цей метод використовується для вимірів опору, ємності тощо.)

- Метод збігу – це такий метод, при якому різницю між вимірюваною величною і величиною, яка відтворюється мірою, вимірюють використовуючи збіг відміток шкали чи періодичних сигналів. (Наприклад, виміри амплітудно-частотних характеристик періодичних сигналів за допомогою осцилографа).

- Диференційний метод вимірювання полягає в тому, що на вимірювальний прилад діє різниця між вимірюваною величиною і величиною, розмір якої відтворюється мірою.

- Нульовий метод вимірювання полягає в тому, що результат вимірювання, рівний різниці між вимірюваною величиною і величиною, розмір якої відтворюється мірою, доводять до нуля, що фіксується високочутливим приладом – нуль-індикатором.

Для вимірювання або перетворення фізичних величин будь-яким з розглядуваних методів служать засоби вимірювання.

Засобами вимірювання називають технічні засоби, призначені для використання при вимірюваннях, і які мають нормовані метрологічні характеристики.

Метрологічні характеристики – характеристики, від яких залежить точність результатів вимірювання, виконаних за допомогою цих засобів.

Узагальненою метрологічною характеристикою засобів виміру є клас точності, що визначається межами допустимих похибок та іншими властивостями засобів вимірів, що впливають на точність результатів виміру.

Розрізняють наступні види технічних засобів виміру:

– міри;

– вимірювальні прилади;

– вимірювальні перетворювачі;

– вимірювальні установки;

– вимірювальні інформаційні системи.

Міра – засіб вимірювання, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру.

Розрізняють однозначні міри, багатозначні міри (конденсатор змінної ємності) і набір мір (магазин опорів, ємностей).

Вимірювальним приладом називають засіб вимірювання, призначений для вироблення сигналу у формі, доступній для безпосереднього сприйняття вимірювальної інформації спостерігачем, завдяки наявності відлікового пристрою (вольтметр, амперметр).

Вимірювальний перетворювач -засіб вимірювання, призначений для перетворення вхідного вимірювального сигналу у вихідний сигнал, зручний для подальшого перетворення, передачі, обробки і збереження вимірювальної інформації, але який не піддається безпосередньому сприйняттю спостерігачем (вимірювальний трансформатор, калібрований шунт тощо.).

Вимірювальна установка – це сукупність функціонально і конструктивно об’єднаних засобів виміру та допоміжних пристроїв призначених для раціональної організації вимірів, або автоматичної реєстрації.

Вимірювальна інформаційна система (ВІС) – це сукупність засобів вимірювання і допоміжних пристроїв призначених для автоматичного збирання вимірювальної інформації від декількох джерел з багаторазовим використанням одних і тих же перетворювачів сигналів, передачею вимірювальної інформації на відстані по каналам зв’язку, і представлення їх в тій чи іншій формі.

З визначення ВІС виходить, що основною відмінністю від інших засобів вимірювання є автоматичне збирання вимірювальної інформації і багаторазове використання перетворювачів сигналів.

ВІС можуть бути поділені на дві групи:

1. Вимірювальні системи – системи, призначені для виконання вказаних вище функцій з представленням вимірювальної інформації у формі, зручній для спостереження чи реєстрації.

2. Системи автоматичного контролю (контрольно-вимірювальні системи) – системи, призначені для отримання інформації про відхилення значення контрольованих величин від втсановлених номінальних.

Відповідно до форми подання вимірюваної інформації, що міститься у вихідних сигналах, вимірювальні прилади бувають:

– аналоговими;

– цифровими.

Аналоговим називається прилад, інформативний параметр вихідного сигналу якого є фізичним аналогом вимірюваної величини. Наприклад, переміщення рухомої рамки електромеханічного вольтметра - аналог вимірюваної напруги.

Цифровим називається прилад, у якого вихідний сигнал містить інформацію про значення вимірюваної величини, закодовану в цифровій формі.

Аналогові вимірювальні прилади за видом відлікового пристрою поділяють на:

– показуючі;

– реєструючі.

Показувальним називається прилад, що дозволяє тільки зчитування показників за допомогою рухомого покажчика і нерухомої шкали або нерухомого покажчика і рухомої шкали.

Реєструючим називається прилад, в якому передбачено автоматичну фіксацію вимірюваної інформації. В реєструючих приладах результат вимірювання подається у формі запису на діаграмі.

Залежно від виду інформативного параметра – на:

– інтегрувальні;

– суматорні.

Інтегрувальним називається прилад, в якому вхідна величина інтегрується за часом або за іншою незалежною змінною (Наприклад, лічильник електричної енергії інтегрує потужність за часом).

Суматорним називається прилад, показання якого функціонально пов'язані з сумою двох і більше величин, що підводяться до нього різними каналами зв'язку.

Прилади зрівняння призначені для безпосереднього зрівняння вимірюваної величини з величиною значення якої відоме (Мости, потенціометри тощо.).

Комбінованими (мультиметрами) називаються прилади, які дозволяють вимірювати дві (і більше) різнойменні величини, а прилади, які працюють як на постійному, так і на змінному струмі називаються універсальними.

Результат виміру завжди відрізняється від істиного значення фізичної величини. Істинне значення фізичної величини визначити неможливо. Відмінність результату виміру від істинного значення пояснюється:

- недосконалістю засобів вимірювання;

- способами їх застосування;

- впливом зовнішніх умов;

- виконання вимірів людиною з її обмеженими можливостями.

Відхилення результатів вимірювання від істинного значення вимірюваної величини називається похибкою вимірювання.

В залежності від зміни у часі вимірювальної величини, розрізняють наступні похибки засобів вимірювання:

1) статична – похибки при вимірюванні постійної у часі величини;

2) динамічна – різниця між похибкою в динамічному режимі і статичною похибкою, що відповідає значенню вимірювальної величини в даний момент часу.

Залежно від характеру і причин їх появлення похибки вимірювань засобів вимірювання поділяють на:

- систематичні (детерміновані)

- випадкові (стохастичні).

Систематична похибка – складова похибки вимірювання, яка при повторенні рівноточних вимірювань незмінного розміру залишається постійною або закономірно змінюється. Систематичні похибки можуть бути вивченими, і результат вимірювання уточнюється або шляхом внесення поправок, якщо числові значення цих похибок визначені, або шляхом застосування таких способів вимірювання, які дають можливість виключити вплив систематичних похибок без їх визначення. Числові значення систематичних похибок визначаються шляхом повірки засобів вимірювання.

Залежно від умов застосування засобів вимірювання їхні систематичні похибки поділяють на:

– основні;

– додаткові.

Основною похибкою називається похибка засобів вимірювання в умовах, які встановлено нормативно-технічними документами як нормальні для даних засобів вимірювання. Ця похибка обумовлена головним чином факторами інструментальних похибок, що є наслідком недосконалості конструкції або принципу дії засобу вимірювання.

Додатковими похибками називають зміни похибки засобу вимірювання, викликані відхиленнями величин, які не залежать, від нормальних значень. Так, додаткова похибка може бути обумовлена такими похибками:

- встановлення - тобто відхилення положення стрілочного приладу від передбаченого горизонтального або відхилення величин, які впливають, (температури, вологості тощо) від їхніх нормальних значень;

- методу, що є наслідком недосконалості теорії методу вимірювань, використання наближених формул тощо;

- особистими, обумовленими психофізіологічними особливостями експериментатора (втома, недостатня гострота зору, схильність до завищення або заниження відліку тощо).

Випадкова похибка - складова похибки вимірювання, яка при повторенні вимірювання змінюється випадково. Випадкові похибки можуть бути виявленими при повторних вимірюваннях однієї й тієї самої величини, коли отримуються неоднакові результати, їх не можна виключити (тому що невідомі причини, що їх викликали), але їхній вплив на результат вимірювання може бути теоретично врахованим при обробці результатів вимірювання методами теорії ймовірності та математичної статистики.

Розрізняють також:

– грубі похибки;

– промахи.

Груба похибка вимірювання - похибка, яка суттєво перебільшує очікувану.

Промах - наслідок несправності засобу вимірювання, помилкового зчитування показників, їхнього запису тощо.

Абсолютна похибка – це різниця між виміряною величиною (показником приладу ) і дійсним значенням вимірюваної величини, тобто для вимірювання

а для приладу .

Відносна похибка є відношення абсолютної похибки до значення вимірювальної величини:

Наведена похибка (у %) виражається як відношення абсолютної похибки до нормувального значення :

При цьому вибирають рівним:

більшій межі вимірювання, якщо нульове значення є початком шкали або знаходиться поза діапазоном вимірювання;

більшому з модулів меж вимірювання, якщо нульове значення знаходиться всередині діапазону вимірювання (для електровимірювальних приладів - сумі модулів меж вимірювання);

модулю різниці меж вимірювання, якщо шкалу прийнято з умовним нулем (шкала в °С);

номінальному значенню для засобів вимірювання з номінальним значенням вимірюваної величини (частотомір з діапазоном вимірювання 45...55 Гц з );

всій довжині шкали або її частині, рівній діапазону вимірювання (при цьому абсолютну похибку виражають також в одиницях довжини).

Клас точності засобу вимірювання — узагальнена його характеристика, яка визначається межами основної і додаткової похибок, а також іншими властивостями засобу вимірювання, які впливають на його точність.

Для кожного класу точності в стандартах на засоби вимірювання конкретного виду встановлюють конкретні вимоги до метрологічних характеристик, які в сукупності відображають рівень точності засобу вимірювання цього класу.

Засобам вимірювання з двома або більше діапазонами вимірювання однієї тієї самої фізичної величини дозволяється присвоювати два або більше класів точності.

Межі допустимих основної і додаткової похибок засобу вимірювання певного класу точності виражають у формі абсолютних, відносних і наведених похибок залежно від характеру їхнього зв'язку з інформативним параметром вхідного або вихідного сигналу.

Межі допустимої абсолютної основної похибки встановлюють за формулою

або

,

де і — додатні числа, не залежні від .

Межі допустимої наведеної основної похибки

де а - додатне число, вибране із ряду

,

де

Межі допустимої відносної основної похибки визначають з рівняння

,

Ряди класів точності встановлюються в ДСТУ на окремі види засобів виміру.

На циферблати, щитки та корпуси засобів вимірювання умовні позначення класів точності наносять у вигляді чисел залежно від форми вираження похибок.

В практиці електричних вимірювань виникає потреба вимірювання ряду фізичних величин у широкому діапазоні. Для розширення діапазону вимірювання приладів застосовують вимірювальні перетворювачі: шунти, додаткові резистори, подільники напруги, вимірювальні трансформатори тощо.

Для оцінки властивостей електровимірювальних приладів, визначення можливості їх застосування в тих чи інших експлуатаційних умовах, надійності і інших показників застосовують наступні характеристики.

Чутливість S електровимірювального приладу до вимірювальної величини називається похідна від переміщення показника по виміряній величині:

Вираз (1) являє собою чутливість приладу в певній точці шкали. Якщо стала, тобто прилад має рівномірну шкалу то чутливість дорівнює відношенню зміни положення вказівника до зміни вимірювальної величини. Це визначення чутливості не поширюється на інтегруючі і цифрові прилади.

Величина зворотна чутливості, називається сталою приладу:

Сталу приладу з рівномірною шкалою ще називають ціною поділки шкали.

Взагалом ціна поділки шкали – різниця значень величини, що відповідають двом сусіднім відміткам шкали. Для цифрових засобів вимірювання вказують ціну одиниці молодшого розряду, вид вихідного коду і кількість розрядів кода.

Поріг чутливості – найменше значення вхідної величин, яке викликає фіксовані приладом зміни вхідної величини. Поріг чутливості виражають в одиницях вхідної величини.

Діапазон вимірювання – область значень вимірювальної величини, для якої нормовані допустимі похибки засобів вимірювання. Діапазон вимірювань обмежується найбільшим і найменшим його значенням. Область значень шкали, обмежену початковим та кінцевим значенням шкали, називають діапазоном показань.

Для оцінки впливу зособів вимірювання на режими роботи об’єкта дослідження вказують вхідний повний опір . Вхідний опір впливає на потужність, що споживається від об’єкта дослідження зособом вимірювання. Допустиме навантаження на засіб вимірювання залежить від вихідного повного опору засобу вимірювання. Чим менше вихідний опір, тим більше допустиме навантаженняна засіб вимірювання.

Як динамічна характеристика засобів вимірювання використовується перехідна функція та імпульсна перехідна функція.

Перехідна функція – відгук (реакція) лінійної динамічної системи на вхідний вплив у вигляді одиничної функції .За перехідною функцією можна визначити динамічні параметри системи: час реакції; постіну часу ,яка характеризує інерційність системи; коефіцієнт перетворення тощо.

Імпульсна перехідна функція – відгук динамічної системи на вхідний вплив у вигляді дельта-функції.

Мета повірки – з’ясувати, чи відповідає точність засобу вимірювання регламентованим значенням і чи є воно придатним для застосування. Повірка, по суті, є однією з ланок багатоступінчастого процесу передачі розміру одиниці від еталона до робочого засобу вимірювання.

В основі повіряння шляхом прямого порівняння лежить одночасне вимірювання однієї й тієї ж самої величини повірним і зразковим засобами вимірювання. Основною операцією повіряння засобів вимірювання є визначення їхніх похибок.

При виборі зразкових засобів вимірювання для визначення похибки і варіації показників повірного приладу треба дотримуватися таких умов:

1. ,

де – допустимі похибки відповідно зразкового і повірного приладів.

Точність зразкового приладу повинна бути в 3…4 рази більше точності повірного.

2. Межа вимірювання зразкового приладу повинна дорівнювати верхній межі повірного приладу або незначною мірою перевищувати її.

Значення вимірюваної величини подається на зразковий і робочий (повірний) прилади, з відлікового пристрою яких знімаються дійсне і виміряне значення величини .

Електромеханічний прилад складається з двох основних частин: вимірювального кола і вимірювального механізму.

Вимірювальне коло слугує для перетворення вимірюваної величини в іншу, безпосередньо діючу на вимірювальний механізм.

У вимірювальному механізмі електрична енергія перетворюється в механічну енергію переміщення рухомої частини. Зазвичай застосовується кутове переміщення, тому в подальшому будуть розглянуті не сили, діючі в приладі, а моменти.

Момент, що виникає в приладі під дією вимірювальної величини, називається обертовим моментом Він повинен однозначно визначатися вимірюваною величиною і в загальному випадку може залежати також від кута повороту рухомої частини.

Для електромеханічних приладів може бути записано загальний вираз обертового моменту, що являє собою загальне рівняння динамічної системи:

де – енергія електромагнітного поля, зосереджена у вимірювальному механізму.

За способом перетворення електромагнітної енергії в механічну енергію (за способом створення обертового моменту) електромеханічні прилади поділяються на:

- магнітоелектричні;

- електромагнітні;

- електродинамічні;

- електростатичні;

- вібраційні

- індукційні.

Для того, щоб кут відхилення залежав від вимірювальної величин, в приладі при повороті рухомої частини створюється протидійний момент направлений зустрічно обертовому і залежить від кута повороту.

По способу створення протидійного моменту прилади поділяються на прилади:

а) з механічним протидійним моментом;

б) з електричним протидійним моментом – логометри.

В першій групі приладів створюється звичайно за допомогою пружного елементу (пружини, розтяжки чи підвісів), які при повороті рухомої частини закручуються. При цьому протидійний момент:

,

де залежить тільки від властивостей пружного елементу і називається питомим протидійним моментом.

В логометрах створюється тим же шляхом, що і обертовий момент.

При усталеному положенні показника обертовий і протидійний момент рівні між собою тобто:

Знаючи аналітичні вирази для моментів (1) можна знайти залежності кута повороту рухомої частини від вимірюваної величини і параметрів приладу, що в загальному вигляді можна представити наступним чином:

,

де – параметри приладу.

При роботі приладів в динамічному режимі, тобто при переміщенні стрілки. Крім розглядуваних вище статичних моментів – обертового і протидійного – виникають і інші моменти. Вони обумовлені моментом інерції рухомої частини, опором оточуючого середовища і вихровими струмами, що виникають при наявності металічних масс і магнітних полів.

Динамічний момент, що виникає в приладі при рухові рухомої частини і намагається заспокоїти цей рух, називається моментом заспокоєння . Цей момент пропорційний коефіцієнту заспокоєння та кутовій швидкості рухомої частини . Момент заспокоєння в значній мірі визначає важливий експлуатаційний параметр приладу – час заспокоєння.

Запитання для самоперевірки

1 Основні типи заспокоювачів

2 Пристрої для створення врівноважуючого момента

3 Призначення коректора

4 Які прилади не мають коректора

5 Призначення аретиру

6 Як визначити ціну поділки та чутливість приладу

7 Методи захисту приладів від зовнішніх магнітних полів

8 Методи захисту приладів від зовнішніх електричних полів

Призначення шунтів

10 Призначення додаткових опорів

11 Розрахункова формула опору шунта

12 Розрахункова формула опору додаткового резистора

13 Схема ввімкнення шунта

14 Схема ввімкнення додаткового опору

15 Чисельна характеристика основної похибки вимірювань

16 Яка похибка називається випадковою

17 Що визначає довірчий інтервал похибки

18 Яка похибка називається систематичною

Тема2.Методи порівняння з мірою та реєстрації електричних величин.

Теорія мостових схем.

Мости постійного струму

Мости змінного струму

Методи реєстрації електричних величин.

Класифікація засобів реєструючої техніки.

Само друкуючі прилади прямої дії, осцилографи.

Методичні вказівки

Порівняння вимірюваної величини з мірою відбувається при довільних вимірах. Але в приладах безпосередньої оцінки міра вимірюваної величини в процесі вимірювання не використовується. В цьому випадку вимірювана величина перетворюється в іншу, яка порівнюється з мірою проміжної величини використовується при градуїровці приладу.

У великій групі засобів виміру реалізується метод порівняння вимірюваної величини з мірою цієї величини і виміру полягають у встановленні рівності чи певного співвідношення між значеннями вимірюваної величини і міри.

В приладах і пристроях зрівняння може бути використана міра однорідна з вимірюваною величиною чи неоднорідна. Наприклад при вимірах індуктивності за допомогою моста змінного струму в якості міри можна використовувати ємність конденсатора. В цих випадках визначення значення вимірюваної величини виконується на основі відомої математичної залежності вимірювальної величини від міри, яка реалізується в засобі вимірювання.

Всі відомі методи порівняння по характеру самої операції порівняння можна розділити на методи одночасного і різночасового порівняння.

Метод одночасового порівняння. Метод характеризується одночасним участю вимірюваної величини і міри в процесі вимірювання і поєднує наступні відомі методи порівняння:

1) нульвий;

2) диференційний;

3) спів падіння.

На сонові нульового методу працюють прилади порівняння у вигляді мостів і потенціометрів постійного і змінного струму..

диференційний метод може бути застосований з використанням приладів безпосередньої оцінки чи порівняння для вимірювання різниці значень двух величин.

Метод співпадіння може бути застосований для визначення значення вимірюваної величини з використанням спеціальних засобів чи приладів загального призначення, наприклад електронно променевого осцилографа, за допомогою якого можна виміряти частоту сигналу.

Метод різночасового порівняння. Різночасове порівняння означає різночасову участь вимірюваної величини і міри в процесі вимірювання. Вимірювання в цьому випадку поділяється на два етапи і результат визначається по двум вимірам: з участю вимірюваної величини на першому етапі і міри на другому.

Мостові схеми застосовуються для вимірів опору, індуктивності, ємності, добротності котушок, кута втрат конденсаторів, взаємної індуктивності і частоти.

Широке застосування мостових схем пояснюється великою точністю вимірів, високою чутливістю, можливістю вимірювання різноманітних величин тощо.

Для досліджень поведінки сигналів у часі використовуються електронні осцилографи, які дають можливість безпосередньо спостерігати та записувати форму періодичних і неперіодичних сигналів.

Переваги осцилографів:

1. безінерційність за рахунок того, що рухома частина в осцилографах створюється електронним променем;

2. вимірювання електричних величин частотою до сотень мегагерців або неперіодичних процесів тривалістю до часток мікросекунд;

3. великий вхідний опір;

4. висока чутливість (0,1...1 мм/В).

Недоліки:

1. невисока точність вимірювання (основна похибка сягає ± 10%);

2. конструктивна та електрична складність;

3. висока вартість;

складність в експлуатації, яка вимагає певної кваліфікації обслуговуючого персоналу при роботі з ним.

Нових якісних властивостей набувають осцилографи, що містять мікропроцесорну систему, завдяки якій:

a. керування осцилографом стало програмним;

b. спростилися вимірювальні процедури й знизилася трудомісткість вимірювання;

c. підвищилася точність вимірювання і розширився перелік вимірюваних параметрів сигналів;

d. стало можливим виконання діагностики несправностей елементів осцилографа, прискорення калібрування та регулювання його.

Будь-яку фізичну величину, яку можна перетворити у відповідну зміну напруги, можуть бути досліджені за допомогою осцилографа.

Виміри напруги і струму. При використанні О в якості амплітудного вольтметра вимірювану змінну напругу змінного струму подають на вхід зазвичай при вимкненому генераторі розгортки. Електронний промінь при цьому буде прочерчувати на екрані вертикальну лінію, довжина якої при синусоїдному виміру буде пропорційна подвоєній амплітуді. При необхідності оцінити форму досліджуваної напруги вмикається генератор розгортки.

Великий вхідний опір О дозволяє вимірювати напругу джерела, які володіють високим внутрішнім опором.

При посередніх вимірах високочастотних струмів за допомогою О Слід враховувати вплив індуктивності резистора (шунта).

Виміри О є єдиний спосіб виміру миттєвих значень напруги, оцінити максимальну напругу переднього і заднього фронта імпульса.

Виміри частоти і фази. Виміри частоти в загальному випадку виконуються шляхом порівняння досліджуваних коливань з коливаннями відомої частоти. Аналогічні результати можна отримати порівнянням періода напруги з періодом розгортки.

Переваги методу: можливість дослідження коливань довільної форми.

Недолік: невисока точність..

Більш точний результат можна отримати при порівнянні двох коливань синусоїдної форми методом фігур Лісожу.

Визначити кут зсуву фаз між двома напругами можна шляхом одночасного порівняння двох кривих на екрані О. Крім того кут зсуву фаз можна також виміряти за допомогою фігур Лісожу.

Зсув фаз можна визначити також за допомогою колової розгортки. Один з способів виміру полягає в наступному. Одна з напруг використовується для отримання колової розгортки. Далі обидва сигнали за допомогою формуючого пристрою перетворюється в серію короткотермінових імпульсів. Ці імпульси подаються на модулюючий електрод трубки, утворюючи на осцилограмі затемнені мітки, відстань між якими відповідає різниці фаз.

Виміри опору. Електронні О використовується для виміру повних опорів і їх активних і реактивних складових

Запитання для самоперевірки

1 Рівняння рівноваги мостів постійного струму

2 Метод який лежить в основі роботи мостів

3 Приизначення схеми синхронизації осцилографа

4 Призначення лінії затримки в осцилографі

5 Основні характеристики електронно- променевих осцилографів

6 Основні вузли світло-променевих осцилографів

7 Методи реєстрації електричних величин

8 Заспокоювачі гальванометрів світло- променевого осцилографа

9 Рівняння Т-образного одинарного моста змінного струму

10 Параметри вибору галванометрів світлопроменевого осцилографа

11 Рівняння рівноваги мостів змінного струму

12 Метод який лежить в основі роботи мостів

13 Якими бувають мости постійного струму

14 Що таке швидкість розгортки

15 Використання фігур Ліссажу

Тема3. Магнітні величини та характеристики цифрових приладів.

Вимірювання магнітних величин.

Магнітні матеріали та їх характеристики.

Апаратура для випробовування магнітних матеріалів.

Вимірювання цифровими приладами.

Особливості вимірювального процесу.

Системи числення і коди

Методичні вказівки

Сучасні електромеханічні прилади виконано на основі використання електромагнітних явищ і магнітних матеріалів.Вимірювання параметрів магнітних якостей матеріалу займає важливе місце в вимірювальній техніці.

Такі вимірювання називають магнітними.До складу приладів відносять вимірювальний перетворювач магнітної величини та вихідний вимірювальний пристрій.Перетворювачі магнітних величин поділяють на магнітоелектричні, магнітомеханічні та магнітообтічні.В основу принципа дії перетворювача покладено явище електромагнітної індукції,гальваномагнітні явища,квантові явища.В якості вимірювального пристрою використовують прилади загального призначення.

Запитання до самоконтролю

1 Якими бувають магнітні характеристики матеріалів?

2 В яких полях визначають динамічні характеристики?

3 В яких полях визначають статичні характеристики?

4 Основні статичні характеристики матеріалів?

5 Що таке магнітом`які матеріали?

6 Призначення Веберметра?

7 Призначення індукційно –імпульсного метода?

8 Яка залежність лежить в основі веберметра?

9 Як визначається ЕРС кола?

10 Похибка визначення індукції методом ядерно-магнітного резонансу.

11 Які прилади використовуються для визначення статичних характеристик матеріалу?

12 Що ураховують при визначенні основної кривої намагнічування?

13 Розрахункова формула при одержанні петлі гістерезіса?

14 Які прилади входять до складу ферометра?

15 Яка залежність в основі роботи ферометра?

16 Який метод визначення магнітних втрат найбільш поширений?

17 Чому пропорційні втрати х.х. трансформатора?

18 Розрахункова формула втрат на гістерезис та вихрові струми?

19 В якому випадку використовують ваттметровий метод?

20 Які залежності лежать в основі визначення магнітних характеристик за допомогою осцилографа?

Тема4.Цифрові прилади.

Цифрові прилади послідовного рахунку

Цифрові прилади урівноваження

Характеристики сучасних цифрових приладів

Характеристики аналого-цифрових перетворювачів.

Вимірювальні інформаційні системи.

Методичні вказівки

При вивченні теми треба звернути увагу на наступні визначення:

Безперервна величина х(t) – величина, що може мати в заданому інтервалі часу при нескінченно великій кількості моментів часу нескінченно велика кількість значень.

Будь-яка безперервна величина, обмежена деякими граничними значеннями, може бути дискредитована в часі й квантована за рівнем.

Дискретизація – фізична операція перетворення безперервної в часі величини в дискретну, при якій зберігаються її миттєві значення тільки в певні моменти часу (моменти дискретизації).

Крок дискретизації – проміжок часу ∆t між двома найближчими моментами дискретизації.

Квантування — фізична операція перетворення безперервної величини у квантовану, заміною її миттєвих значень найближчими фіксованими значеннями, сукупність яких утворена за певним законом. Квант (щабель квантування) - різниця?х між двома сусідніми значеннями

Цифрове кодування — операція умовного подання числового значення величини послідовністю цифр (сигналів), що підкоряються певному закону.

Цифрові вимірювальні прилади автоматично перетворять безперервну вимірювану величину або її аналог (фізичну величину, пропорційну вимірюваної) у дискретну форму, піддають цифровому кодуванню й видають результат виміру у вигляді чисел, що з'являються на відліковому пристрої або фиксуючих цифропечатаючим пристроєм.

Цифрові вимірювальні прилади, універсальні, призначені для виміру напруги постійного й змінного струмів, частоти, фази, опору, відносини напруг і інших електричних, а також неелектричних величин.

Цифровий вольтметр на відміну від аналогового містить аналого-цифровий перетворювач (кодуючий пристрій) (АЦП), пристрій цифрового відліку.

Цифрові вольтметри класифікують по способі перетворення безперервної величини в дискретну; структурній схемі АЦП; застосовуваним технічним засобам; способу компенсації.

По способі перетворення розрізняють цифрові вольтметри з порозрядним кодуванням (зважуванням), із час- і частотно-імпульсними перетвореннями.

За структурною схемою АЦП цифрові вольтметри діляться на вольтметри прямого перетворення b перетворення, що врівноважує. У вольтметрах прямого перетворення відсутня зворотний зв'язок з виходу на вхід і безперервну вимірювану величину безпосередньо перетвориться в дискретну. У вольтметрах перетворення, що врівноважує, обов'язково є зворотний зв'язок, тобто вхідна величина в процесі перетворення врівноважується вихідний.

Дешифратори є перетворювачами дискретних сигналів, тобто дозволяють одержувати на виході потрібну комбінацію сигналів при подачі певної комбінації сигналів на вході. У цифрових вольтметрах дешифратори перетворять двоїчно-десятковий код у відповідні напруги, що управляють цифровими індикаторами, що забезпечують візуальну індикацію в десятковому коді (наприклад, код 2—4—2—1, 8—4—2—1 у десятковий код від 0 до 9). Для виконання цього завдання звичайно використають діодні схеми И, як найбільш прості й досить швидкодіючі.

Знакові індикатори використають для подання результатів виміру в цифровій формі.

Точність перетворення визначається погрішністю квантування за рівнем, характеризуючим числом розрядів у вихідному коді.

Час перетворення — час, затрачуваний на виконання одного перетворення аналогової величини в цифровий код.

Межі зміни вхідної величини — діапазони перетворень вхідної величини, які повністю визначаються числом розрядів і «вагою» найменшого розряду.

Чутливість (розв'язна здатність) — найменше помітне перетворювачем зміна значення вхідної величини.

Системи кодування - двійкова, двоїчно-десяткова й ін.

Запитання до самоперевірки

1 Фізичні операції перетворення нерозривної частини величини в дискретну

2 Проміжок часу між двома дискретизації

3 Як ділять цифрові прилади з урахуванням структурної схеми?

4 Як називають перетворювачі дискретних сигналів?

5 Індикатори цифрових приладів