2 Указания по подготовке к проведению лабораторных работ

Перед выполнением лабораторной работы студент должен дома ознакомиться с теоретическими положениями, методами и средствами проведения очередной работы (работы выполняются по графику, имеющемуся в лаборатории), как правило, в одно занятие выполняется одна лабораторная работа. До проведения эксперимента преподаватель проверяет у студента теоретические знания, которые будут проверяться экспериментальным путем, а так же порядок выполнения работы.

При проведении эксперимента бригада составляет протокол в одном экземпляре. В протоколе указывают наименование работы, состав бригады, таблицы перечней приборов и результатов эксперимента. Показания многопредельных приборов следует записывать в делениях шкалы и через дробь предел измерения прибора. Такая форма записи позволяет уменьшить время эксперимента и снизить вероятность возникновения промаха. По окончании эксперимента, не разбирая схемы, протокол представляют на подпись преподавателю. После подписи разбирают схему и убирают приборы на стеллаж.

В соответствии с описанием лабораторной работы каждым студентом составляется отчет, который включает:

1. Наименование, цель и программу работы.

2. Основные теоретические положения (не менее двух тетрадных листов),

3. Таблицу использованных приборов.

4. Схему и таблицу экспериментальных и расчетных данных. В таблице все значения должны быть выражены в единицах величин.

5. Пример расчета одного эксперимента.

6. При необходимости построить графики.

7. Выводы по работе в соответствии с ее целью.

Отчет составляете каждым студентом обязательно в отдельной тетради для лабораторных работ. Отчет должен быть написан чернилами, схемы выполнены карандашом (шариковой ручкой) с применением линейки и трафаретов или оформлен в любом текстовом и графическом редакторе компьютера.

Для защиты лабораторной работы необходимо знать методику выполнения любого опыта, объяснить с теоретической точки зрения, полученные результаты, а также самостоятельно изучить и знать ответы на контрольные вопросы, помещенные в конце описания каждой работы.

Таблица использованных приборов должна иметь следующий вид:

Таблица1

Наименование прибора	Тип	Система измерит. механизма	Заводской номер	Класс точности	Пределы измерений	Примечания (число делений шкалы)

И Н С Т Р У К Ц И Я

К лабораторной работе №51 Поверка приборов

ПЛАН РАБОТЫ

1. Поверка рабочего амперметра и вольтметра

2. Градуировка амперметра или вольтметра

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

I. Поверку проводят в соответствии с ГОСТ 8.497-83 "Амперметры, вольтметры, ваттметры, варметры. Методы и средства поверки".

Различают первичную, периодическую, внеочередную и инспекционную поверку. Поверке подлежат средства измерения, используемые в сферах госу-

дарственного регулирования обеспечения единства измерения (статья 1и статья 13 закона РФ «Об обеспечении единства измерения»).

Поверка измерительных приборов имеет цель выяснить пригодность их к применению на основании подтверждения соответствия фактических метрологических характеристик, поверяемого прибора, метрологическим требованиям, предъявляемым к нему. Значения фактических метрологических характеристик определяют экспериментальным путем, а требуемые значения указаны в нормативно-технической документации: стандартах, инструкциях, эксплуатационной документации. Часть их указана на циферблате прибора. Поверку выполняют аттестованные поверители в аккредитованных центрах (лабораториях).

Таким образом, пригодность прибора к применению устанавливают следующим образом:

1. Экспериментальным путем определяют фактические значения всех метрологических характеристик.

2. Из нормативных документов определяют допустимые значения всех метрологических характеристик.

3. Сравнивают фактические значения с соответствующими допустимыми значениями.

4. По результатам сравнения делают заключение о пригодности прибора.

4.1. Если все фактические значения соответствуют допустимым значениям, то прибор признается пригодным к применению и на него выписывают свидетельство о поверке или на прибор наносят знак поверки (поверительное клеймо).

4.2. Если хотя бы одно фактическое значение не соответствует допустимому значению, то прибор признается не пригодным к применению и на него выписывают извещение о непригодности, а знак гасится.

При поверке определяют многие метрологические характеристики, например, внешний вид, установление и невозвращение указателя на нулевую отметку, основную погрешность, вариацию и время установления показаний, дополнительные погрешности, вызванные влияющими величинами (температурой, влажностью, наклоном, магнитным и электрическим полями и т.д.). Разъясним эти характеристики:

● Внешний вид подразумевает четкость надписей на циферблате, целостность стекла и корпуса, жесткость электрических выводов.

● Регулировка указателя должна обеспечить его перемещение в обе стороны от нулевой отметки шкалы.

● Установив указатель на нулевую отметку, подают произвольный сигнал. Затем, плавно уменьшая его значение до нуля, определяют невозвращение указателя (остаточное отклонение) к нулевой отметке. Оно должно быть не более одной четверти деления.

● Время с момента подачи сигнала до прекращения движения указателя, которое называют временем установления показаний, не должно превышать 4с.

● Наиболее важной является основная погрешность, которая может иметь разное математическое выражение:

а) абсолютная погрешность определяется как разность, между величиной, показываемой поверяемым прибором и действительным значением измеренной им величины I_d , т.е.

_{для амперметра} и для вольтметра ₍₁₎ Действительное значение I_d определяют по показаниям эталона, который должен быть в три раза точнее поверяемого прибора. Наибольший предел измерения эталона следует выбирать так, чтобы его показания находились во второй половине шкалы.

б) относительная погрешность

₍₂₎

в) приведенная погрешность

₍₃₎

где I_нор - нормирующее значение, равное наибольшему пределу измерения, когда нулевая отметка расположена на конце шкалы. В иных случаях оно может принимать и другие значения.

Поправку для прибора К определяют как разность между действительным значением измеряемой им величины и показанием прибора т.е.

_{для амперметра} и для вольтметра ₍₄₎ Погрешности и поправка могут иметь как положительные, так и отрицательные значения; по абсолютной величине они равны друг другу, но обратны по знаку. При получении результата измерения, для уменьшения погрешности измерения, поправку следует прибавлять к показаниям прибора.

● Вариация показаний это разность показаний прибора в одной точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины по показаниям эталона. Абсолютная вариация равна

ν = I_{в восх} –I_{в нисх} , (5)

где I_{в восх}, и I_{в нисх} – показания эталона при плавном подходе к одной точке шкалы поверяемого прибора со стороны меньших (восх) и соответственно больших (нисх) значений измеряемой величины. Относительная и приведенная вариации определяют по следующим уравнениям:

(6)

Определение фактической погрешности и вариации приборов может быть осуществлена двумя способами:

1. прямым - когда показания поверяемого прибора , сличаются с показаниями образцового прибора (эталона) того же рода, но более точного, принимаемых за действительное значение;

2. косвенным - когда погрешность поверяемого прибора определяется по прибору иного рода. Например, поверка амперметра PA по показаниям U₁ точного вольтметра PV1 , подключаемого к зажимам образцового (эталонного) сопротивления R1. При этом собирается схема рис.1. Тогда действительное значение тока проходящего по амперметру определяется как

При поверке необходимо так регулировать измеряемую приборами величину (ток или напряжение), чтобы на момент отсчета показаний стрелка поверяемого прибора находилась строго против отметки шкалы. Отсчет показаний приборов необходимо производить одновременно по поверяемому прибору и эталону.

Число точек шкалы, подлежащих поверке, зависит от системы прибора.

Для приборов с равномерной шкалой можно ограничиться 5-6 точками, при неравномерной - надо поверить 10-12 точек. Поверке подлежат только оцифрованные отметки шкалы. Перед поверкой прибор надо прогреть, для чего следует его на 10 мин включить в цепь и так отрегулировать в нем ток или напряжение, чтобы стрелка установилась ближе к концу шкалы.

По экспериментальным данным, сведенным в таблицу 2, рассчитывают по приведенным выше уравнениям среднее значение, абсолютную и относительную или приведенную погрешность, вариацию, а также поправки к его показаниям. Относительную погрешность и вариацию рассчитывают в том случае, если класс точности на приборе обведен окружностью и приведенную погрешность и вариацию - если класс точности обозначен просто числом. Для определения поправки в любом месте шкалы поверяемого прибора строят график поправок ( рис. 2), откладывая по оси абсцисс показания поверяемого прибора в единицах измеряемой величины, а по оси ординат - значение поправок с учетом их знака. Полученные при этом точки на графике соединяют прямыми линиями.

Рассчитанную по экспериментальным данным относительную или приведенную погрешность и вариацию необходимо сравнить с допустимым значением, которая нормируется (устанавливается) классом точности. Класс точности согласно ГОСТ 8.401-81 это обобщенная характеристика прибора, определяемая пределами наибольших допускаемых основной и дополнительной погрешностей. Практически он численно равен наибольшей допустимой погрешности. Класс точности выражается одним числом выбираемым из ряда чисел ; ; ; ; ; ; , где n = 1; 0; -1; -2; Он указывается на циферблате прибора.

При этом фактическая погрешность и вариация прибора, рассчитанная по экспериментальным данным, выраженная в процентах, не должна превышать значения его класса точности.

Для вольтметров и амперметров ГОСТ 8711-78 устанавливает следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0; 5,0. Когда класс точности выражает относительную погрешность, то он обозначается на приборе числом в окружности, если класс точности прибора на шкале обозначен просто числом без окружности, дроби и т.д. то он выражает приведенную погрешность.

Если аддитивная и мультипликативная составляющее погрешности соизмеримы, то в соответствии с ГОСТ 8 401-81 для таких приборов класс точности обозначается в виде 2-х чисел разделенных косой чертой, например 0,2/0,1.

Предельное значение относительной погрешности приборов, выраженное в процентах, в этом случае может быть определено путем расчета по формуле:

_,

где: с и d - постоянные числа, выбираемые из приведенного выше ряда чисел, - конечное значение диапазона измерений, А - значение измеряемой величины.

Отношение с/d - означает класс точности, причем с/d > 1. В нашем примере с=0,2, а d= 0,1. К приборам, класс точности которых выражается дробью, относятся цифровые приборы, а также магазины сопротивлений, мосты, компенсаторы и др.

Фактическое значение относительной или приведенной погрешности и вариации не должно превышать соответствующее значение класса точности.

II. Градуировка имеет цель получить погрешность результата измерения меньше, чем она определена классом точности прибора. Для этого экспериментально определяют градуировочную характеристику прибора с заданной точностью, то есть зависимость между значениями величин на входе и выходе. Выход - это показание прибора, а вход – значение подаваемого на прибор измеряемого сигнал. Значение сигнала на входе измеряют эталоном, который должен быть в несколько раз точнее градуируемого прибора. Градуировачную характеристику представляют в виде таблицы и графика.

Для градуировки прибора используют схему по которой проводили поверку. В цепи регулируют ток или напряжение так, чтобы стрелка градуируемого прибора устанавливалась точно на отметках шкалы, и при этом отсчитывают показания эталона. Опыт проводят сначала при непрерывном плавном возрастании напряжения (U_{d восх}), а затем при убывании (U_{d нисх}). По каждой отметке находят среднее значение, которое принимают за действительное значение:

₍₇₎

По полученным данным строят график градуировочной характеристики. Для этого откладывают по оси абсцисс показания градуируемого прибора U_x, а по оси ординат - отвечающие им значения напряжения U_d . Полученные точки соединяют плавной кривой (рис. 3).

Практические указания для выполнения работы

1.Получить у преподавателя прибор для поверки. Выбрать необходимые эталоны.

2. Для выполнения первого пункта плана необходимо собрать схему рис. 4 (рис. 5) для чего взять аппараты и приборы согласно схеме.

3. Ознакомиться с приборами, записать в таблицу1 использованных приборов их наименование, тип, систему, пределы измерения, класс точности, и заводской номер, число делений.

4. Собрав схему, дать её для проверки преподавателю.

5. Установить напряжение на автотрансформаторе Т равное нулю, повернув его ручку влево до упора. Включить сетевой выключатель.

Проверив равномерное перемещение указателя прибора от нуля до полного отклонения, приступают к проверке каждой оцифрованной отметки шкалы. Для этого дважды точно устанавливают указатель поверяемого прибора на отметку шкалы: один раз при подходе к ней слева, другой раз – справа, записывая показания приборов в графы 1,2 и 3 таблицы 2. Подводить к отметке указатель поверяемого прибора следует непрерывно и плавно.

Таблица 2 – Экспериментальные и расчетные данные

Показания			Среднее значение (7)	Поправка К (4)	Погрешность		Вариация
Поверяемого прибора	Эталона	Эталона			Абсолютная (1)	Приведенная(относительная) γ, (δ)   (3), (2)	Абсолютная ν (5)	Приведеная(относительная) (6)
A(B)	A(B)	A(B)	A(B)	А(B)	A(B)	%	А(В)	%

В таблице в скобках приведены номера уравнений для расчета соответствующих величин.

1. Внешний вид, установление и невозвращение указателя на нулевую отметку, время установления показаний записать в протокол в произвольной форме.

2. Перед разборкой схем дать руководителю на подпись протокол работы.

3. После его подписания разобрать схему и положить приборы на стеллаж.

4. Оформить отчет в соответствии с указанием по подготовке к проведению лабораторных работ (см. раздел 2).

После таблицы привести в отчете пример расчета для одной строки таблицы.

Построить график поправок в зависимости от показаний поверяемого прибора.

Заполнить свидетельство о поверке или извещение о непригодности к применению, по результатам сравнения метрологических характеристики прибора с их допускаемыми значениями.

II. Для выполнения второго пункта плана необходимо воспользоваться схемой рис.4 или рис.5 и по данным таблицы 2 построить градуировочную характеристику прибора (рис.3).

Контрольные вопросы.

1. Обозначения на шкалах приборов с полной их расшифровкой.

2. Характеристики электроизмерительных приборов:

погрешности, класс точности, чувствительность, собственное потребление, внутреннее сопротивление.

3. Классификация приборов по принципу действия (по системам).

4. Классификация методов измерения.

5. Погрешности измерений и приборов.

6. Класс точности приборов - привести примеры использования этой характеристики прибора.

7. Методика градуировки прибора.

8. Основные метрологические характеристики средств измерения.

9. Принцип действия эталона тока.

10. Объяснить назначение и правило пользования градуировочной характеристикой.

И Н С Т Р У К Ц И Я