Для контроля за правильностью работы электротехнических установок, испытания их, определения параметров электрических цепей, учета расходуемой электрической энергии и т. д. производят различные электрические измерения. В технике связи, как и в технике сильных токов, электрические измерения имеют важное значение. Приборы, с помощью которых измеряются различные электрические величины: ток, напряжение, сопротивление, мощность и т. д., — называются электрическими измерительными приборами.
Существуют большое количество различных электроизмерительных приборов. Наиболее часто при производстве электрических измерений используются: амперметры, вольтметры, гальванометры, ваттметры, электросчетчики, фазометры, фазоуказатели, синхроноскопы, частотомеры, омметры, мегомметры, измерители сопротивления заземления, измерители емкости и индуктивности, осциллографы, измерительные мосты, комбинированные приборы и измерительные комплекты.
Электроизмерительный комплект К540 (в его состав входит вольтметр, амперметр и ваттметр):
Классификация электроизмерительных приборов по принципу действия
По принципу действия электроизмерительные приборы подразделяются на следующие основные типы:
1. Приборы магнитоэлектрической системы, основанные на принципе взаимодействия катушки с током и внешнего магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом.
2. Приборы электродинамической системы, основанные на принципе электродинамического взаимодействия двух катушек с токами, из которых одна неподвижна, а другая подвижна.
3. Приборы электромагнитной системы, в которых используется принцип взаимодействия магнитного поля неподвижной катушки с током и подвижной железной пластинки, нaмагниченной этим полем.
4. Тепловые измерительные приборы, использующие тепловое действие электрического тока. Нагретая током проволока удлиняется, провисает, и вследствие этого подвижная часть прибора получает возможность повернуться под действием пружины, выбирающей образовавшуюся слабину проволоки.
5. Приборы индукционной системы, основанные нa принципе взаимодействия вращающегося магнитного поля с токами, индуктированными этим полем в подвижном металлическом цилиндре.
6. Приборы электростатической системы, основанные на принципе взаимодействия подвижных и неподвижных металлических пластин, заряженных разноименными электрическими зарядами.
7. Приборы термоэлектрической системы, представляющие собой совокупность термопары с каким-либо чувствительным прибором, например магнитоэлектрической системы. Измеряемый ток, проходя через термопару, способствует возникновению термотока, воздействующего на магнитоэлектрический прибор.
8. Приборы вибрационной системы, основанные нa принципе механического резонанса вибрирующих тел. При заданной частоте тока наиболее интенсивно вибрирует тот из якорьков электромагнита, период собственных колебаний которого совпадает с периодом навязанных колебаний.
Электронные измерительные приборы – приборы, измерительные цепи которых содержат электронные элементы. Они используется для измерений практически всех электрических величин, а также неэлектрических величин, предварительно преобразованных в электрические.
По типу отсчетного устройства различают аналоговые и цифровые приборы. В аналоговых приборах измеряемая или пропорциональная ей величина непосредственно воздействует на положение подвижной части, на которой расположено отсчетное устройство. В цифровых приборах подвижная часть отсутствует, а измеряемая или пропорциональная ей величина преобразуется в числовой эквивалент, регистрируемый цифровым индикатором.
Индукционный счетчик электроэнергии:
Отклонение подвижной части у большинства электроизмерительных механизмов зависит от значений токов в их катушках. Но в тех случаях, когда механизм должен служить для измерения величины, не являющейся прямой функцией тока (сопротивления, индуктивности, емкости, сдвига фаз, частоты и т. д.), необходимо сделать результирующий вращающий момент зависящим от измеряемой величины и не зависящим от напряжения источника питания.
Для таких измерений применяют механизм, отклонение подвижной части которого определяется только отношением токов в двух его катушках и не зависит от их значений. Приборы, построенные по этому общему принципу, называются логометрами. Возможно построение логометрического механизма любой электроизмерительной системы с характерной особенностью – отсутствием механического противодействующего момента, создаваемого закручиванием пружин или растяжек.
Условные обозначения на вольтметре:
На рисунках ниже приведены условные обозначения электроизмерительных приборов по принципу их действия.
Обозначение принципа действия прибора
Обозначения рода тока
Обозначения класса точности, положения прибора, прочности изоляции, влияющих величин
Классификация электроизмерительных приборов по роду измеримой величины
Электроизмерительные приборы классифицируются и по роду измеряемой ими величины, так как приборы одного и того же принципа действия, но предназначенные для измерения разных величин могут значительно отличаться друг от друга по своей конструкции, не говоря уже о шкале прибора.
В таблице 1 приведен перечень условных обозначений наиболее употребительных электроизмерительных приборов.
Таблица 1. Примеры обозначения единиц измерения, их кратных и дольных значений
Классификация электроизмерительных приборов по степени точности
Абсолютной погрешностью прибора называют разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины.
Например, абсолютная погрешность амперметра равна
δ = э,
где (читать “дельта”) – абсолютная погрешность в ампеpax, показание прибора в амперах, э – истинное значение измеряемого тока в амперах.
Поправкой прибора называют величину, которую надо прибавить к показаниям прибора, чтобы получить истинное значение измеряемой величины.
э = I – δ = I + (-δ)
Следовательно, поправка прибора – величина равная абсолютной погрешности прибора, но противоположная ей по знаку. Например, если амперметр показал 1 = 5 а абсолютная погрешность прибора равна =0,1 а, то истинное значение измеряемой величины равно I = 5+ (—0,1) = 4,9 а.
Приведенной погрешностью прибора называется отношение абсолютной погрешности к наибольшему возможному отклонению показателя прибора (номинальному показанию прибора).
Например, для амперметра
β = (δ/In) · 100% = (I – I)/In) · 100%
где приведенная погрешность в процентах In – номинальное показание прибора.
Точность прибора характеризуется величиной его максимальной приведенной погрешности. Согласно ГОСТ 8.401-80 приборы по степени их точности разделяются на 9 классов: 0,02, 0,05, 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,5 и 4,0. Если, например, данный прибор имеет класс точности 1,5, то это значит, что его максимальная приведенная погрешность равна 1,5%.
Электроизмерительные приборы, имеющие классы точности 0,02, 0,05, 0,1 и 0,2, как наиболее точные, применяются там, где требуется весьма большая точность измерения. Если прибор имеет приведенную погрешность выше 4%, то он считается внеклассным.
Прибор для измерения угла сдвига фаз с классом точности 2,5:
Чувствительность и постоянная измерительного прибора
Чувствительностью прибора называют отношение углового или линейного перемещения указателя прибора, приходящееся на единицу измеряемой величины. Если шкала прибора равномерна, то чувствительность его по всей шкале одинакова.
Например, чувствительность амперметра, имеющего равномерную шкалу, определяется формулой
S – чувствительность амперметра в делениях на ампер, приращение тока в амперах или миллиамперах, приращение углового перемещения показателя прибора в градусах или миллиметрах.
Если шкала прибора неравномерна, то чувствительность прибора в различных областях шкалы различна, так как одному и тому же приращению (например, тока) будут соответствовать разные приращения углового или линейного перемещения показателя прибора.
Величина, обратная чувствительности прибора, называется постоянной прибора. Следовательно, постоянная прибора — это цена деления прибора, или, иначе, величина, на которую должен быть помножен отсчет по шкале в делениях, чтобы получить измеряемую величину.
Например, если постоянная прибора равна 10 мА/дел (десять миллиампер на деление), то при отклонении его указателя на = 10 делений измеряемая величина тока равна I = 10 = 100 мА.
Схема подключения ваттметра и обозначения на приборе (ферродинамический прибор для измерения мощности постоянного и переменного тока с горизонтальным положением шкалы, измерительная цепь изолированна от корпуса и испытана напряжения 2 кВ, класс точности – 0,5):
Калибровка измерительных приборов — определение погрешностей или поправок для совокупности значений шкалы прибора путем сравнения в различных сочетаниях отдельных значений шкалы друг с другом. За основу сравнения берется одно из значений шкалы. Калибровка широко применяется в практике точной метрологической работы.
Простейший способ калибровкой — сравнение каждого размера с номинально равным ему (принимаемым за достаточно верный) размером. Это понятие не следует смешивать (как это часто делают) с градуированием (градуировкой) измерительных приборов, представляющим собой метрологическую операцию, при помощи которой делениям шкалы измерительного прибора придаются значения, выраженные в установленных единицах измерения.
Мощность потерь энергии в приборах
Электроизмерительные приборы потребляют при работе энергию, которая в них преобразуется обычно в тепловую энергию. Мощность потерь зависит от режима в цепи, а также от системы и конструкции прибора.
Если измеряемая мощность относительно мала, а следовательно, относительно малы ток или напряжение в цепи, то мощность потерь энергии в самих приборах может заметно влиять на режим исследуемой цепи и показания приборов могут иметь довольно большую погрешность. При точных измерениях в цепях, где развиваемые мощности сравнительно малы, необходимо знать мощность потерь энергии в приборах.
В табл. 2 приведены средние величины мощности потерь энергии в различных системах электроизмерительных приборов.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
3.1. Основные понятия
3.2. Классификация электро- измерительных приборов
3.3. Магнито- электрическая система
3.4. Электромагнитная система
3.5. Электро- динамическая система
3.6. Индукционная система
3.7. Измерение тока и напряжения
3.8. Измерение мощности
3.9. Измерение сопротивлений
3.10. Измерение неэлектрических величин электрическими методами
- ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
- КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
- МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
- ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА
- ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
- ИНДУКЦИОННАЯ СИСТЕМА
- ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
- ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
- ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ
- ИЗМЕРЕНИЕ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
- 2 Назначение, структура и принцип действия мультиметра
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Oпределение: Измерение – это процесс определения физической величины
с помощью технических средств.
Мера – это средство измерения физической величины заданного размера.
Измерительный прибор – это средство измерения, в котором вырабатывается
сигнал, доступный для восприятия наблюдателем.
Меры и приборы подразделяются на образцовые и рабочие.
Образцовые меры и приборы служат для поверки по ним рабочих средств
измерений.
Рабочие меры и приборы служат для практических измерений.
КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Электроизмерительные приборы можно классифицировать по следующим признакам:
методу измерения;
роду измеряемой величины;
роду тока;
степени точности;
принципу действия.
Существует два метода измерения: 1) метод непосредственной оценки, заключающийся
в том, что в процессе измерения сразу оценивается измеряемая величина;
2) метод сравнения, или нулевой метод, служащий основой действия приборов
сравнения: мостов, компенсаторов.
По роду измеряемой величины различают электроизмерительные приборы:
для измерения напряжения (вольтметры, милливольтметры, гальванометры);
для измерения тока (амперметры, миллиамперметры, гальванометры); для
измерения мощности (ваттметры); для измерения энергии (электрические
счетчики); для измерения угла сдвига фаз (фазометры); для измерения
частоты тока (частотомеры); для измерения сопротивлений (омметры), и
т.д.
В зависимости от рода измеряемого тока различают приборы постоянного,
переменного однофазного и переменного трехфазного тока.
По степени точности приборы подразделяются на следующие классы точности:
0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; и 4,0. Класс точности не должен
превышать приведенной относительной погрешности прибора, которая определяется
по формуле:
где А – показания поверяемого прибора; А0 – показания образцового прибора;
Amax – максимальное значение измеряемой величины (предел измерения).
В зависимости от принципа действия различают системы электроизмерительных
приборов. Приборы одной системы обладают одинаковым принципом действия.
Существуют следующие основные системы приборов: магнитоэлектрическая,
электромагнитная, электродинамическая, индукционная.
МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Приборы этой системы (рис. 3.3.1) содержат постоянный магнит – 1,
к которому крепятся полюса – 2. В межполюсном пространстве расположен
стальной цилиндр – 3 с наклеенной на него рамкой – 4. Ток в рамку подается
через две спиральные пружины -5. Принцип действия прибора основан на
взаимодействии тока в рамке с магнитным полем полюсов.
Это взаимодействие вызывает вращающий момент, под действием которого
рамка и вместе с ней цилиндр повернутся на угол .
Спиральная пружина, в свою очередь, вызывает противодействующий момент.
Так как вращающий момент пропорционален току,
,
а противодействующий момент пропорционален углу закручивания пружин
где k и D – коэффициенты пропорциональности. Из написанного следует,
что угол поворота рамки
а ток в катушке
– чувствительность прибора к току, определяемая числом делений
шкалы, соответствующая единице тока; CI – постоянная по току, известная
для каждого прибора.
Следовательно, измеряемый ток можно определить произведением угла поворота
(отсчитывается по шкале) и постоянной по току CI.
К достоинствам этой системы относят высокую точность и чувствительность,
малое потребление энергии.
Из недостатков следует отметить сложность конструкции, чувствительность
к перегрузкам, возможность измерять только постоянный ток (без дополнительных
средств).
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА
Приборы этой системы (рис. 3.4.1) имеют неподвижную катушку – 1 и подвижную
часть в виде стального сердечника – 2, связанного с индикаторной стрелкой
– 3 противодействующей пружины – 4.
Измеряемый ток, проходя по катушке, намагничивает сердечник и втягивает
его в катушку.
При равенстве вращающего и тормозящего моментов система успокоится.
По углу поворота подвижной части определяют измеряемый ток.
Среднее значение вращающего момента пропорционально квадрату измеряемого
тока:
Так как тормозящий момент, создаваемый спиральными пружинами, пропорцио-нален
углу поворота подвижной части , уравнение шкалы прибора запишем в виде:
Другими словами, угол отклонения подвижной части прибора пропорционален
квадрату действующего значения переменного тока.
К главным достоинствам электромагнитной силы относятся: простота конструкции,
надежность в работе, стойкость к перегрузкам.
Из недостатков отмечаются: низкая чувствительность, большое потребление
энергии, небольшая точность измерения, неравномерная шкала.
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Эта система представляет собой две катушки (рис. 3.5.1), одна из которых
неподвижная, а другая – подвижная. Обе катушки подключаются к сети,
и взаимодействие их магнитных полей приводит к повороту подвижной катушки
относительно неподвижной.
В этом случае шкала ваттметра равномерная.
Основным достоинством прибора является высокая точность измерения.
К недостаткам относятся малая перегрузочная способность, низкая чувствительность
к малым сигналам, заметное влияние внешних магнитных полей.
ИНДУКЦИОННАЯ СИСТЕМА
Приборы индукционной системы получили широкое распространение для измерения
электрической энергии. Принципиальная схема прибора приведена на рис.
3.6.1. Электрический счетчик содержит магнитопровод – 1 сложной конфигурации,
на котором размещены две катушки; напряжения – 2 и тока – 3. Между полюсами
электромагнита помещен алюминиевый диск – 4 с осью вращения – 5. Принцип
действия индукционной системы основан на взаимодействии магнитных потоков,
создаваемых катушками тока и напряжения с вихревыми токами, наводимыми
магнитным полем в алюминиевом диске.
Вращающий момент, действующий на диск, определяется выражением:
где ФU – часть магнитного потока, созданного обмоткой напряжения
и проходящего через диск счетчика; ФI – магнитный поток,
созданный обмоткой тока; – угол сдвига между ФU и ФI.
Магнитный поток ФU пропорционален напряжению
Магнитный поток ФI пропорционален току:
т.е. вращающий момент пропорционален активной мощности нагрузки.
Противодействующий момент создается тормозным магнитом – 6 и пропорционален
скорости вращения диска:
В установившемся режиме
Таким образом, угол поворота диска счетчика пропорционален активной
энергии. Следовательно, число оборотов диска n тоже пропорционально
активной энергии.
ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Измерение тока производится прибором, называемым амперметром.
Существуют четыре схемы включения амперметра в цепь. Первые две (рис.
3.7.1) предназначены для измерения постоянного тока, а две вторые схемы
– для измерения переменного тока.
Вторая и четвертая схемы применяются в тех случаях, когда номинальные
данные амперметра меньше измеряемой величины тока. В этом случае при
определении истинного значения тока нужно учитывать коэффициент преобразования:
где Iист – истинное значение тока,
Iизм – измеренное значение тока,
kпр – коэффициент преобразования.
Измерение напряжения производится вольтметром. Здесь также возможны
четыре различных схемы подключения прибора (рис. 3.7.2).
В этих схемах также используются методы расширения пределов измерения
напряжения (вторая и четвертая схемы).
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
Для измерения мощности постоянного тока достаточно измерить напряжение
и ток. Результат определяется по формуле:
Метод амперметра и вольтметра пригоден и для измерения полной мощности,
а также активной мощности переменного тока, если cos = 1.
Чаще всего измерение мощности осуществляется одним прибором – ваттметром.
Как было сказано ранее, для измерения мощности лучшей является электродинамическая
система.
Ваттметр снабжен двумя измерительными элементами в виде двух катушек:
последовательной и параллельной. По первой катушке течет ток, пропорциональный
нагрузке, а по второй – пропорциональный напряжению в сети.
Угол поворота подвижной части электродинамического ваттметра пропорционален
произведению тока и напряжения в измерительных катушках:
На рис. 3.8.1 показана схема включения ваттметра в однофазную сеть.
В трехфазных сетях для измерения мощности используют один, два и три
ваттметра.
Если нагрузка симметричная и включена “звездой”, то достаточно
одного ваттметра (рис. 3.8.2, а). Если в этой же схеме нагрузка несимметрична
по фазам, то используются три ваттметра (рис. 3.8.2, б). В схеме соединения
потребителей “треугольником” измерение мощности производится
двумя ваттметрами (рис. 3.8.2, в).
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Электрическое сопротивление в цепях постоянного тока может быть определено
косвенным методом при помощи вольтметра и амперметра. В этом случае:
Можно использовать омметр – прибор непосредственного отсчета.
Существуют две схемы омметра: а) последовательная; б) параллельная (рис. 3.9.1).
Уравнение шкалы последовательной схемы намерения:
где г – сопротивление цепи гальванометра. При
Для этой схемы имеем:
Отклонение подвижной части логометра:
Таким образом, показание прибора не зависит от напряжения источника
питания и определяется величиной измеряемого сопротивления Rx.
ИЗМЕРЕНИЕ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
Широкое распространение измерения неэлектрических величии (температуры,
угловых и линейных размеров, механических усилий и напряжений, деформаций,
вибраций, химического состава и т.д.) электрическими методами обусловлено
теми преимуществами, которыми они обладают по сравнению с другими методами.
При этом создается возможность дистанционного измерения и контроля неэлектрических
величин с одного места (пульта управления); измерения быстро изменяющихся
неэлектрических величин; автоматизации управления производственным процессом.
Обычно такие приборы состоят из датчика и измерительного устройства.
В датчиках происходит преобразование неэлектрической величины в один
из па-раметров электрической цепи (U, I, R и т.д.).
Измерительное устройство – это один из электрических приборов, рассмотренных
выше.
Не имея возможности остановиться на каждом преобразователе, ограничимся
лишь их кратким перечислением:
Глава
1. Электроизмерительные приборы 4
1.1
Основные понятия и общие сведения из теории измерений 4
1.2
Классификация электроизмерительных приборов 4
1.3
Понятие о погрешностях измерений, классах точности и классификации средств
измерений 6
Мультиметр М832
13
2.1
История создания мультиметра
13
2.2
Назначение, структура и принцип действия мультиметра
13
Глава
3. Технологическая часть
30
В практической жизни
человек имеет дело с измерениями. Измерения являются одним из важнейших путей
познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего
мира, открывая человеку действующие в природе закономерности. Математика,
механика, физика стали именоваться точными науками потому, что благодаря
измерениям они получили возможность устанавливать точные количественные
соотношения, выражающие объективные законы природы. Все отрасли техники не
могли бы существовать без развернутой системы измерений.
Высокопроизводительная, экономичная и безопасная работа требует применения
современных методов и средств измерения величин.
Цели и задачи
Цель письменной
экзаменационной работы заключается в изучении технологии ремонта, сборки и
регулировки электроизмерительных приборов на примере мультиметра.
рассмотреть
основные понятия и общие сведения из теории измерений;
– выделить классификацию
электроизмерительных приборов;
– рассмотреть
понятия о погрешностях измерений, классах точности и классификации средств
измерений;
– рассмотреть
назначение, структуру, технические данные, характеристики и принцип действия
мультиметра, его эксплуатационную поверку компенсационным методом;
– рассмотреть
техническое обслуживание и ремонт электроизмерительных приборов, в том числе
милливольтметра.
Глава 1.
Электроизмерительные приборы
Основные
понятия и общие сведения из теории измерений
Общие сведения из теории измерений:
создание общей
теории измерений;
образование единиц
физических величин и систем единиц;
разработка и
стандартизация методов и средств измерений, методов определения точности
измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств
измерений (так называемая «законодательная метрология»);
создание эталонов
и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений. Приоритетной
подзадачей данного направления является выработка системы эталонов на основе
физических констант.
Также метрология изучает
развитие системы мер, денежных единиц и счёта в исторической перспективе.
Электроизмерительные
приборы различаются по следующим признакам:
по роду измеряемой
величины;
по роду тока;
по способу
получения отсчета;
Кроме этих признаков,
электроизмерительные приборы можно также отличать:
по способу защиты
от внешних магнитных или электрических полей;
по выносливости в
отношении перегрузок;
по пригодности к
применению при различных температурах;
по габаритным
размерам и другим признакам.
Для измерения
электрических величин применяются различные электроизмерительные приборы, а
именно:
тока — амперметр;
напряжения — вольтметр;
электрического
сопротивления — омметр, мосты сопротивлений;
мощности — ваттметр;
электрической энергии —
счетчик;
частоты переменного тока
— частотомер;
коэффициента мощности —
фазометр.
По роду тока приборы
делятся на приборы постоянного тока, приборы переменного тока и приборы
постоянного и переменного тока.
По степени точности
приборы делятся на восемь классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 и 4. Цифры
указывают значение допустимой приведенной погрешности в процентах.
По принципу действия
приборы подразделяются на:
По способу получения
отсчета приборы могут быть с непосредственным отсчётом и самозаписывающие
По характеру применения
приборы делятся на стационарные, переносные и для подвижных установок.
1.3 Понятие о погрешностях измерений,
классах точности и классификации средств измерений
1 Понятие погрешности измерений
Непосредственной задачей
измерения является определение значений измеряемой величины. В результате
измерения физической величины с истинным значением Х мы получаем оценку этой
величины, Х измерения – результат измерений. При этом следует четко различать
два понятия: истинные значения физических величин и их эмпирические
проявления – действительные значения, которые являются результатами
измерений и в конкретной измерительной задаче могут приниматься в качестве
истинных значений. Истинное значение величины неизвестно и оно применяют только
в теоретических исследованиях. Результаты измерений являются продуктами нашего
познания и представляют собой приближенные оценки значений величин, которые
находятся в процессе измерений. Степень приближения полученных оценок к
истинным (действительным) значениям измеряемых величин зависит от многих
факторов: метода измерений, использованных средств измерений и их погрешностей,
от свойств органов чувств операторов, проводящих измерения, от условий, в
которых проводятся измерения и т.д. Поэтому между истинным значением физической
величины и результатом измерений всегда имеется различие, которое выражается погрешностью
измерений.
Погрешность результата измерения
— отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения
измеряемой величины:
Так как истинное значение
измеряемой величины всегда неизвестно и на практике мы имеем дело с
действительными значениями величин Хд, то формула для определения
погрешности в связи с этим приобретает вид:
2. Модели объекта и
погрешности измерений
Задачей измерений
является получение значений физической величины, характеризующей
соответствующие свойства реального объекта измерений. Однако, вследствие того,
что истинное значение измеряемой величины нам неизвестно, возникает вопрос – а
что же тогда мы должны измерить? Для ответа на этот вопрос вводится некий
идеализированный образ объекта измерений – модель объекта измерений,
соответствующие параметры которой можно наилучшим образом представить в
качестве истинного значения измеряемой величины. Модель реального объекта
измерений обычно представляет собой некоторую его абстракцию и ее
определение формируется на основе логических, физических и математических
представлений. В качестве примера рассмотрим решение часто рассматриваемой в
литературе простейшей измерительной задачи – определение диаметра диска.
Реальный объект измерения – диск, представляется его математической моделью –
кругом. При этом делается предположение, что диаметр круга идеальным образом
отражает то свойство реального диска, которое мы называет его диаметром.
По определению диаметр круга одинаков во всех направлениях, поэтому, чтобы
проверить соответствие нашей модели реальному объекту (диску), мы должны
провести измерения диска в нескольких направлениях. Из полученных результатов
измерений могут следовать два вывода.
Если разброс измеренных
значений, то есть разности результатов измерений между собой, не превышают
заданную в измерительной задаче погрешность измерений диаметра диска, то в
качестве результата измерений можно принять любое из полученных значений.
Если же разность
результатов измерений превышает заданную погрешность измерений, то это
означает, что для данной измерительной задачи принятая модель не подходит и
необходимо ввести новую модель объекта измерений. Такой моделью, например,
может быть круг, имеющий диаметр, равный наибольшему измеренному значению
(описывающий круг).
Другой пример – измерение
площади комнаты. Представив пол комнаты в виде прямоугольника, ее площадь можно
найти как произведение длины комнаты на ширину. Но если окажется, что ширина
комнаты неодинакова по ее длине, то необходимо принять другую модель —
например, представить пол комнаты в виде трапеции и определять площадь уже по
другой формуле.
Аналогично модели
измерений вводится и понятие модели погрешности измерений. Например,
деление погрешностей по их происхождению, свойствам, способам выражения и т.д.
Так, для выражения случайных погрешностей чаще всего используются вероятностные
модели. При этом случайная погрешность характеризуется не одним значением, а
тем диапазоном значений, в котором она может находиться с определенной
вероятностью. Для выбранной модели погрешностей устанавливаются законы ее
распределения и те параметры этих распределений, которые являются показателями
погрешности, а также статистические методы оценки этих параметров по
результатам измерений. Подробнее модели погрешности измерений будут рассмотрены
ниже.
3 Источники погрешности измерений
Погрешность результата измерения
имеет много составляющих, каждая из которых обусловлена различными факторами и
источниками. Типичный подход к анализу и оцениванию погрешностей состоит в
выделении этих составляющих, их изучении по отдельности и суммировании по
принятым правилам. Определив количественные параметры всех составляющих
погрешности и зная способы их суммирования, можно правильно оценить погрешность
результата измерений и при возможности скорректировать его с помощью введения
поправок.
Ниже приводятся некоторые
источники появления погрешностей измерений:
неполное
соответствие объекта измерений принятой его модели;
неполное знание
измеряемой величины;
неполное знание
влияния условий окружающей среды на измерение;
несовершенное
измерение параметров окружающей среды;
конечная
разрешающая способность прибора или порог его чувствительности;
неточность
передачи значения единицы величины от эталонов к рабочим средствам измерений;
неточные знания
констант и других параметров, используемых в алгоритме обработки результатов
измерения;
аппроксимации и
предположения, реализуемые в методе измерений;
субъективная
погрешность оператора при проведении измерений;
изменения в
повторных наблюдениях измеряемой величины при очевидно одинаковых условиях и
другие.
Группируя перечисленные
выше и другие причины появления погрешностей измерений, их можно разделить на
погрешностиметода измерений, средств измерений (инструмента) и оператора,
проводящего измерения. Несовершенство каждого этого компонента измерения вносит
вклад в погрешность измерения. Поэтому в общем виде погрешность можно выразить
следующей формулой:
гдеDМ – методическая погрешность
(погрешность метода);
DИ – инструментальная
погрешность (погрешность средств измерений);
Основные причины
возникновения инструментальной погрешности приведены в разделе о средствах
измерений.
возникает из-за недостатков используемого метода измерений. Чаще всего это
является следствием различных допущений при использовании эмпирических зависимостей
между измеряемыми величинами или конструктивных упрощений в приборах,
используемых в данном методе измерений.
связана с такими индивидуальными особенностями операторов, как внимательность,
сосредоточенность, быстрота реакции, степень профессиональной подготовленности.
Такие погрешности чаще встречаются при большой доле ручного труда при
проведении измерений и почти отсутствуют при использовании автоматизированных
средств измерений.
4 Классификация
погрешностей измерений
Представленная выше
классификация погрешностей измерений связана с причинами их возникновения.
Кроме этого существуют и другие признаки, по которым классифицируются
погрешности.
По характеру проявления
(свойствам погрешностей) они разделяются на систематические и случайные, по способам
выражения – на абсолютные и относительные.
выражается в единицах измеряемой величины, а относительная погрешность
представляет собой отношение абсолютной погрешности к измеренному
(действительному) значению величины и ее численное значение выражается либо в процентах,
либо в долях единицы.
Опыт проведения измерений
показывает, что при многократных измерениях одной и той же неизменной
физической величины при постоянных условиях погрешность измерений можно
представить в виде двух слагаемых, которые по-разному проявляются от измерения
к измерению. Существуют факторы, постоянно или закономерно изменяющиеся в
процессе проведения измерений и влияющие на результат измерений и его
погрешность. Погрешности, вызываемые такими факторами, называются систематическими.
– составляющая погрешности измерения, остающаяся
постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же
величины. В зависимости от характера изменения систематические погрешности
подразделяются напостоянные, прогрессирующие, периодические, изменяющиеся по
сложному закону.
Близость к нулю систематической
погрешности отражает правильность измерений.
Систематические
погрешности обычно оцениваются либо путем теоретического анализа условий
измерения, основываясь на известных свойствах средств измерений, либо
использованием более точных средствизмерений. Как правило, систематические
погрешности стараются исключить с помощью поправок. Поправка представляет собой
значение величины, вводимое в неисправленный результата измерения с целью
исключения систематической погрешности. Знак поправки противоположен знаку
величины. На возникновение погрешностей влияют также и факторы, нерегулярно
появляющиеся и неожиданно исчезающие. Причем интенсивность их тоже не остается
постоянной. Результаты измерения в таких условиях имеют различия, которые
индивидуально непредсказуемы, а присущие им закономерности проявляются лишь при
значительном числе измерений. Погрешности, появляющиеся в результате действия
таких факторов, называются случайными погрешностями.
– составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку
и значению) при повторных измерениях одной и той же величины, проведенных с
одинаковой тщательностью.
Незначительность
случайных погрешностей говорит о хорошейсходимостиизмерений, то есть о
близости друг к другу результатов измерений, выполненных повторно одними и теми
же средствами, одним и тем же методом, в одинаковых условиях и с одинаковой
тщательностью.
Обнаруживаются случайные
погрешности путем повторных измерений одной и той же величины в одних и
тех же условиях. Они не могут быть исключены опытным путем, но могут быть
оценены при обработке результатов наблюдений. Деление погрешностей измерений на
случайные и систематические очень важно, т.к. учет и оценка этих составляющих
погрешности требует разных подходов.
Факторы, вызывающие
погрешности, как правило, можно свести к общему уровню, когда влияние их на
формирование погрешности является более или менее одинаковым. Однако некоторые
факторы могут проявляться неожиданно сильно, например, резкое падение
напряжения в сети. В таком случае могут возникать погрешности, существенно
превышающие погрешности, оправданные условиями измерений, свойствами средств
измерений и метода измерений, квалификацией оператора. Такие погрешности
называются грубыми, или промахами.
) – погрешность результата отдельного измерения,
входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от
остальных значений погрешности. Грубые погрешности необходимо всегда исключать
из рассмотрения, если известно, что они являются результатом очевидных промахов
при проведении измерений. Если же причины появления резко выделяющихся
наблюдений установить нельзя, то для решения вопроса об их исключении
используют статистические методы. Существует несколько критериев, которые
позволяют выявить грубые погрешности. Некоторые из них рассмотрены ниже в
разделе об обработке результатов измерений.
2.1 История создания мультиметра
(от англ. multimeter), те́стер
(от англ. test — испытание), авометр
(отампервольтомметр) — комбинированный электроизмерительный прибор,
объединяющий в себе несколько функций.
В минимальном
наборе включает функции вольтметра, амперметра и омметра. Иногда выполняется
мультиметр в виде токоизмерительных клещей. Существуют цифровые и аналоговые
мультиметры.
Мультиметр
может быть как лёгким переносным устройством, используемым для базовых
измерений и поиска неисправностей, так и сложным стационарным прибором со
множеством возможностей.
2 Назначение, структура и
принцип действия мультиметра
Невозможно представить
рабочий стол ремонтника без удобного недорогого цифрового мультиметра. В этой
статье рассмотрено устройство цифровых мультиметров 830-й серии, наиболее часто
встречающиеся неисправности и способы их устранения.
В настоящее время
выпускается огромное разнообразие цифровых измерительных приборов различной
степени сложности, надежности и качества. Основой всех современных цифровых
мультиметров является интегральный аналого-цифровой преобразователь напряжения
(АЦП). Одним из первых таких АЦП, пригодных для построения недорогих
портативных измерительных приборов, был преобразователь на микросхеме ICL71O6,
выпущенной фирмой MAXIM. В результате было разработано несколько удачных
недорогих моделей цифровых мультиметров 830-й серии, таких как М830В, М830,
М832, М838. Вместо буквы М может стоять DT. В настоящее время эта серия
приборов является самой распространенной и самой повторяемой в мире. Ее базовые
возможности: измерение постоянных и переменных напряжений до 1000В (входное
сопротивление 1МОм), измерение постоянных токов до 10А, измерение сопротивлений
до 2МОм, тестирование диодов и транзисторов. Кроме того, в некоторых моделях
есть режим звуковой прозвонки соединений, измерения температуры с термопарой и
без термопары, генерации меандра частотой 50-60Гц или 1кГц. Основной
изготовитель мультиметров этой серии – фирма Precision Mastech Enterprises
(Гонконг).
2.3 Технические данные и
характеристики
Цифровой мультиметр
Mastech M832 производит измерения величины постоянного и переменного
напряжения, силы постоянного и переменного тока, сопротивления и коэффициент
усиления биполярных транзисторов (h21). Встроенный генератор 50Гц будет полезен
при испытании радиотехнических устройств. Так же с помощью мультиметра M832
можно прозвонить полупроводниковые диоды. Качество соединения проводников или
пайки можно проверить с помощью звуковой прозвонки.
Цифровой мультиметр M832 серии M830 предназначен для
использования в лабораториях, цехах, для радиолюбительства и для работы в
домашних условиях. Масса: 0,18 кг. Габариты: 125х65х28 мм.
Серия M830
является одной из самых популярных серий. Мультиметр M832 имеет ЖК-дисплей
разрядностью 31/2 (максимальное индицируемое число 1999).
Мультиметр
предназначен для измерения: постоянного и переменного напряжения, постоянного
тока, сопротивления, коэффициента усиления транзисторов, проверки диодов, прозвонки
соединений, подачи на исследуемые схемы меандра частотой 50-60Гц. Обеспечивается
индикация разряда батарей “BAT” и перегрузки по входу “1”.
Основные
технические характеристики прибора M832:
Постоянное
напряжение: Диапазоны: 200мВ; 2; 20; 200; 1000В. Разрешающая способность
(соответственно диапазонам): 0,1; 1; 10; 100мВ; 1В. Входное сопротивление:
1МОм.
Переменное
напряжение: Диапазоны: 200В; 750В. Разрешающая способность (соответственно
диапазонам): 100мВ; 1В.
Постоянный
ток: Диапазоны: 200мкА; 2; 20; 200мА; 10А. Разрешающая способность (соответственно
диапазонам): 0,1; 1; 10; 100мкА; 1мА.
Сопротивление:
Диапазоны: 200Ом; 2; 20; 200 КОм; 2МОм.Разрешающая способность (соответственно
диапазонам): 0,1; 1; 10; 100Ом; 1КОм.
Прозвонка
соединений: при сопротивлении цепи менее 1КОм звучит сигнал зуммера.
2.4. Эксплуатационная поверка
мультиметра
2.4.1 Схема и работа прибора
