2.4.2 Измерение напряжения.

Для измерения напряжения служат вольтметры. Они подключаются параллельно участку, на котором необходимо измерить напряжение.

Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть значительно больше сопротивления участка, к которому он подключается, так как в противном случае вольтметр будет оказывать влияние на токораспределение в электрической цепи, и результаты измерения будут содержать большую погрешность.

Для расширения пределов измерения вольтметров последовательно с ними включают добавочные сопротивления.

В приборах на напряжение до 300 В, добавочные сопротивления вмонтированы в корпус приборов или укреплены снаружи приборов.

Для измерения напряжений свыше 300 В добавочные сопротивления присоединяют к одному из выводных зажимов прибора.

Добавочные сопротивления рассчитывают так, чтобы в цепи с уве-личенным напряжением по обмотке (рамке) вольтметра проходил тот же ток, что и при номинальном напряжении, на которое рассчитана обмотка.

Для измерения высоких напряжений синусоидального тока применяют трансформаторы напряжения.

Первичная обмотка трансформатора напряжения включается параллельно потребителю и имеет большое число витков.

В паспорте трансформатора напряжения указывается отношение на­пряжений первичной и вторичной обмоток. Например 5000/100 означает, что номинальное напряжение первичной обмотки 5000 В, вторичной -100 В.

Коэффициент трансформации напряжения 50.

2.4.3 Измерение мощности электрического тока.

Для измерения мощности в цепях постоянного и в цепях синусоидального тока промышленной частоты применяются ваттметры, обеспечивающий непосредственный отсчет мощности по шкале.

Для чего применяются приборы электродинамической системы. Одна катушка включается в цепь тока, вторая – напряжения.

Контрольные вопросы к теме

1. Какие приборы электроизмерительные, для чего используются?

2. Какие качества у них положительные, какие отрицательные?

3. Какие существуют измерительные системы?

4. На чем основано действие приборов следующих систем: электромагнитной, электродинамической, магнитоэлектрической, индукционной?

5. Какие обозначения наносятся на щиток прибора?

6. Устройство магнитоэлектрического прибора. Как создается вращающий момент?

7. Устройство электромагнитного прибора. Как создается вращающий момент?

8. Устройство электродинамического прибора. Как создается вращающий момент?

9. Что означают основные характеристики: статическая, вариация, предел измерения, цена деления, чувствительность.

10. Как осуществляется измерение тока, напряжения, мощности? Для чего применяются шунты, добавочные сопротивления, измерительные трансформаторы?

Тема 3. Погрешности измерений, обработка результатов, выбор средств измерений

§3.1. Погрешности измерений, их классификация

Определение «Погрешность измерения», классификацию погрешностей

измерений, описание и законы распределения случайных погрешностей

На процесс измерения и получение результата измерения оказывает воздействие множество факторов: характер измеряемой величины, качество применяемых средств измерений, метод измерений, условия измерения (температура, влажность, давление и т.п.), индивидуальные особенности оператора (специалиста, выполняющего измерения) и др. Под влиянием этих факторов результат измерений будет отличаться от истинного значения измеряемой величины.

Отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины называют погрешностью измерения.

Это теоретическое определение погрешности, т.к. как истинное значение величины неизвестно. При метрологических работах вместо истинного значения используют действительное значение, за которое принимают обычно показание эталонов. В практической деятельности вместо истинного значения используют его оценку.

По форме числового выражения погрешности измерений подразделяют на абсолютные и относительные.

Абсолютная погрешность определяется как разность между показаниями прибора А и истинным значением X измеряемой величины

.

Истинное значение, как правило, неизвестно, поэтому на практике можно найти лишь приближенную оценку абсолютной погрешности.

Относительная погрешность — это отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины, выраженное в процентах,

.

Относительная погрешность несет большую информацию о точности измерений, чем абсолютная. Например, измерено два значения тока 10 мА и 1 А с одной и той же абсолютной погрешностью 0,5 мА. Значения для этих измерений соответственно 5% и 0,05%. Относительная погрешность показывает, что точность второго измерения выше на два порядка. Величина обратная относительной погрешности – точность измерения.

Приведенная погрешность — отношение абсолютной погрешности к диапазону измерений D, выраженное в процентах,

.

Эта погрешность характеризует потенциальную точность прибора. Для прибора с нулевой отметкой на краю диапазона измерений или вне его D равно конечному значению предела измерения, для прибора с двухсторонней шкалой, то есть с отметкой по обе стороны от нуля, D — арифметическая сумма конечных пределов измерений. По приведенной погрешности приборы разделяются на классы точности. Класс точности указан на панели прибора и может принимать следующий ряд значений:0.05; 0.1; 0.2; 0.5 – прецизионные;1.0; 1.5; 2.5; 4.0 – технические

Основной погрешностью называют погрешность средства измерений в нормальных условиях. Это погрешность состоит из двух составляющих – аддитивной(суммарной), то есть постоянной величиной по всей шкале прибора, и мультипликативной (умноженной), то есть линейно зависящей от показания прибора.

Дополнительной погрешностью называют погрешность, вызываемую действием влияющих величин вследствие отклонения рабочих условий от нормальных. Эту погрешность могут вызвать резкое изменение температурного режима, повышение влажности, наличие внешних электрических и магнитных полей, вибрации и т.д.

Основная и дополнительные погрешности могут быть аддитивными, то есть постоянными величинами, и мультипликативными – линейно зависящими от измеряемой величины

По влиянию на результат измерения можно выделить следующие классы погрешности:

• Систематическая погрешность – погрешность, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторении измерений.

• Случайная погрешность – погрешность, изменяющаяся случайным образом при повторении измерений.

• Промах (грубая ошибка) – погрешность, существенно превосходящая ожидаемую при заданных условиях.

По источникам погрешности различают следующие ее виды:

• Методическая погрешность – погрешность, обусловленная несовершенством метода измерений.

• Инструментальная погрешность – погрешность средств измерений (приборов).

• Дополнительная погрешность – погрешность, обусловленная влиянием факторов, которые не учтены в модели объекта измерения.

Названные источники погрешности в общем случае могут иметь как систематическую, так и случайную составляющие погрешности, но вклад этих составляющих различен при различной организации эксперимента. Учет и исключение (или уменьшение) систематической погрешности представляют одну из самых сложных задач теории измерений. Способы решения этой задачи зависят от конкретных видов измерений, и не существует общей методики ее решения. Часто используется подход, основанный на всестороннем теоретическом анализе процедуры измерения и характеристик применяемой аппаратуры. Такой анализ может дать оценку границ систематической погрешности. При точных измерениях оценка систематической погрешности производится по результатам измерения искомой величины различными, принципиально независимыми методами с применением различной аппаратуры. Многие современные способы анализа систематической погрешности используют аппарат математической статистики (дисперсионный, регрессионный, корреляционный, спектральный анализ), теории принятия решений, теории игр и др. Более детально эти вопросы рассматриваются в специальном курсе метрологии.

Случайная погрешность в большинстве случаев может быть уменьшена с помощью относительно простой статистической обработки результатов измерений.

Промахи относятся к аномальным результатам измерений, которые могут быть следствием кратковременного воздействия на процесс измерения некоторого мешающего фактора, преобладающего над остальными. Промах может быть вызван ошибкой оператора, проводящего измерение, или сбоем измерительной аппаратуры. В этих случаях аномальный результат должен быть отброшен. Однако отбрасывание аномальных данных является спорным вопросом, по которому у специалистов нет единого мнения. Например, из истории физики известно, что именно аномальные результаты экспериментов привели к великим открытиям. Поэтому при научных исследованиях и в большинстве технических измерений необходимо тщательно проанализировать причину промаха, в частности, многократно повторив эксперимент. Тем не менее, в хорошо изученной ситуации, если не удается найти внешнюю причину промаха, вопрос об отбрасывании аномального отсчета должен быть решен на основе обработки всех данных эксперимента.