3.3 Вибір та повірка електровимірювальних приладів та засобів обліку електричної енергії

Найважливішим завданням при організації повірки ЗВТ є вибір зразкових ЗВТ. Вимоги до зразкових ЗВТ формують індивідуально для кожного конкретного типу ЗВТ, що повіряються, залежно від специфіки, обсягу і змісту повірки, а саме:

- зразковий ЗВТ повинен бути універсальним до умов вимірювань і властивостей об’єктів, що досліджуються, ні умови вимірювань, ні властивості об’єктів не повинні впливати на його метрологічні характеристики;

- зразковий ЗВТ повинен бути призначений для вимірювань тих самих фізичних величин чи параметрів вимірювальних сигналів, що й ЗВТ, що повіряється;

- діапазон вимірювань зразкового ЗВТ повинен більшим, ніж діапазон вимірювань ЗВТ, що повіряється, та діапазон, який передбачений методом повірки;

- похибка вимірювання зразковим ЗВТ або сумарна похибка вимірювання зразковими ЗВТ не повинна перевищувати 1/α від значення похибки ЗВТ, що повіряється, при вимірюванні ними одного і того самого значення вимірюваної величини. Значення співвідношення α між похибками може набувати значення: 1:2; 1:2,5; 1:3; 1:4; 1:5 та 1:10, що регламентується державними стандартами на методи повірки. Співвідношення 1:3 є достатнім для того, щоб похибка зразкового ЗВТ істотно не впливала на результат повірки.

Розглянемо основні операції повірки приладів прямого перетворення. Приладом прямого перетворення є вимірювальні прилади, в якому передбачене одне або декілька перетворень вимірювального сигналу без застосування зворотного зв’язку. Прилади такого типу становлять основну масу електровимірювальних приладів, до них належать амперметри, вольтметри, ватметри, омметри, фазометри, фарадоміри, лічильники енергії та комбіновані прилади.

Під час повірки виконуються такі операції: зовнішній огляд приладу; перевірка роботоздатності; визначення впливу нахилу на показання приладу; перевірка електричної міцності ізоляції і визначення опору ізоляції; визначення основної похибки та варіації показів; встановлення величини «неповернення» вказівника на нульову позначку шкали; визначення часу заспокоєння рухомої частини приладу; розрахунок похибки спрацювання контактного пристрою; визначення похибки реєстрації показів.

При підготовці до повірки обираються метод повірки, схема повірки та зразкові ЗВТ.

ГОСТ 8.497-83 є основним нормативно-технічним документом, що регламентує вимоги до метрологічної повірки амперметрів, вольтметрів, ватметрів і варметрів.

Для повірки приладів на постійному струмі застосовуються методи повірки:

- метод прямих вимірювань за допомогою калібратора струму для амперметрів класів точності 0,1…0,5;

- метод безпосереднього порівняння із зразковими амперметрами для амперметрів класів точності 1,0…5,0;

- метод прямих вимірювань за допомогою цифрового вольтметра для вольтметрів класів точності 0,1…0,5;

- метод безпосереднього порівняння із зразковими вольтметрами для вольтметрів класів точності 1,0…5,0;

- метод непрямих (опосередкованих) вимірювань за допомогою компенсаційної установки для ватметрів класів точності 0,1…0,5;

- метод безпосереднього порівняння із зразковими ватметрами для ватметрів класів точності 1,0…5,0.

Для повірки приладів на змінному струмі застосовуються методи повірки:

- метод порівняння за допомогою компаратора для амперметрів класів точності 0,1…0,2;

- метод безпосереднього порівняння із зразковими амперметрами та метод порівняння за допомогою компаратора для амперметрів класів точності 0,5…5,0;

- метод безпосереднього порівняння із зразковими вольтметрами та метод порівняння із зразковими вольтметрами для вольтметрів класів точності 1,0…5,0;

- метод порівняння за допомогою компаратора для ватметрів класів точності 0,1…0,2;

- метод безпосереднього порівняння із зразковими ватметрами і варметрами та метод порівняння за допомогою компаратора для ватметрів та варметрів класів точності 0,5…5,0.

Основними задачами при виборі зразкових ЗВТ для повірки приладів прямого перетворення є визначення необхідного класу точності зразкового приладу і вибір його системи та границь вимірювання.

Згідно положень ГОСТ8.497-83 співвідношення між основними похибками зразкових приладів та приладів, що повіряється, повинно бути не більш, ніж 1:3 при повірці приладів класів точності 0,05…0,5 і не більш, ніж 1:4 – для приладів класів точності 1,0…5,0. Варіація показань зразкового приладу не повинна перевищувати половини абсолютного значення границі його допустимої основної похибки. Допускається співвідношення приймати такими, що дорівнюють 1:2,5, але до показань зразкових приладів необхідно вводити поправки.

При виборі системи зразкового приладу керуються такими вимогами:

- повірка здійснюється на тому роді струму, для якого вони призначені;

- зразковий прилад повинен бути призначений для вимірювання тієї ж самої фізичної величини, що й прилад, що повіряється;

- діапазони вимірювань і частот зразкових приладів повинні включати відповідні діапазони приладу, що повіряється;

- при повірці приладу на постійному струмі слід обирати такий зразковий прилад, який реагує на зміну кривої сигналу так само, як і прилад, що повіряється.

Приклад 3.1 При повірці на постійному струмі приладів магнітоелектричної системи застосовуються зразкові прилади магнітоелектричної системи, а при повірці приладів інших систем – прилади електродинамічної та електромагнітної системи. При повірці приладів на змінному струмі перевага надається електродинамічнм приладам.

Границі вимірювання зразкового приладу повинні бути більшими, ніж границі вимірювань приладу, що повіряється.

Розглянемо повірку приладів методом безпосереднього порівняння із зразковим приладом.

Схеми перевірки амперметрів і вольтметрів за наявності зразкових приладів (вольтметра РV_зр і амперметра РA_зр) з границями до границь вимірювань приладів, що повіряється.

Для розширення границь вимірювань зразкових приладів використовують масштабні вимірювальні перетворювачі: при повірці вольтметрів на змінному струмі – вимірювальні трансформатори напруги, при повірці амперметрів на постійному струмі – шунти, а на змінному струмі – вимірювальні трансформатори струму (див. схему в прикладі 3.3). Похибку δ_зр,гр зразкових ЗВТ у такому разі оцінюють як сумарну похибку зразкового вольтметра чи амперметра та відповідного масштабного перетворювача.

Похибки δ_РVзр,гр, δ_РAзр,гр, показів зразкових приладів визначають за формулою

(3.1)

де γ_зр,гр – клас точності зразкового приладу);

x_Нзр – межа вимірювання зразкового приладу: (U_Нзр ;І_Нзр);

x_зр – показ зразкового приладу (U_{зр ;} І_зр), що відповідає показові приладу, що повіряється, для якого розраховують похибку δ_Х,гр.

Основну похибку та варіацію показів приладів класів точності 0,05, 0,1 і 0,2 визначають для кожної оцифрованої позначки шкали, а приладів класу точності 0,5 і менш точних – на п’яти рівномірно розподілених по діапазону вимірювань позначках шкали.

Кожну контрольовану позначку x_П шкали приладу, що повіряється, перевіряють двічі – при плавному збільшені та плавному зменшені його показів і розраховують два значення абсолютної похибки

(3.2)

(3.3)

де x_зр.зб, x_зр.зм – дійсні значення вимірюваної величини, одержані за показами зразкового приладу при перевірці позначки x_П при плавному збільшені x_зр.зб і плавному зменшені x_зр.зм показів приладу, що повіряється.

Основну приведену похибку γ_Х приладу, що повіряється, у відсотках від нормованого значення або границі вимірювання x_НХ визначають за формулою

,

де Δ_max – більша за модулем із абсолютних похибок Δ_зб і Δ_зм, визначених за формулою (3.2) та (3.3).

Основна приведена похибка γ_Х приладу, що повіряється, не повинна перевищувати свого граничного значення γ_Х.гр, тобто класу точності.

П риклад 3.2 Необхідно провести повірку (обрати метод та повірки схему) електромагнітного вольтметра ЭВ0302/1 класу точності 1,5 з діапазоном вимірювання 0…250В, призначеного для вимірювань у колах змінного синусоїдального струму частотою від 45 до 65 Гц. Розв’язання. 1.Повірка вольтметра здійснюється за методом безпосереднього порівняння із зразковим вольтметром за схемою: PV0 – зразковий вольтметр; PV – вольтметр, що повіряється. 2. Так як вольтметр, що повіряється, призначений для вимірювань середньоквадратичних значень змінної напруги, то у якості зразкового можна використовувати вольтметр електромагнітної та електродинамічної системи. Обираємо зразковий вольтметр з границею вимірювання 300 В. 3.Клас точності зразкового вольтметра визначається за виразом , де α – співвідношення між похибками зразкового вольтметра та вольтметра, що повіряється; приймаємо α=1:4; γгр – клас точності вольтметра, що повіряється; UНPV – границя вимірювання вольтметра, що повіряється; UНPVзр – границя вимірювання зразкового вольтметра , 4. Так як вольтметри електромагнітної системи класу точності 0,2 відсутні, то обирається зразковий вольтметр електродинамічної системи типу Д5082 класу точності 0,2 з границею вимірювання 300 В з номінальною областю частот 40…1000 Гц.

Приклад 3.3 Необхідно провести повірку (обрати метод та повірки схему) електромагнітного амперметра ЭА0302/1 класу точності 1,5 з діапазоном вимірювання 0…30 А, призначеного для вимірювань у колах змінного синусоїдального струму частотою від 45 до 65 Гц. Розв’язання. 1.Повірка амперметра здійснюється за методом безпосереднього порівняння із зразковим амперметром. Так як зразкові амперметри електромагнітної та електродинамічної системи мають границі вимірювань до 10 А, то повірка буде здійснюватись за схемою, яка наведена на рисунку ТА Л1 Л2 ~ U И2 И1 РА 2. Обираємо вимірювальний трансформатор струму типу И515М класу точності 0,1 з номінальним коефіцієнтом трансформації K1Н = 50/5 на частоті струму 50 Гц. При повірці амперметра, границя вимірювання якого дорівнює 30А, вторинний струм трансформатора струму дорівнює 3. Для вимірювання сили струму 3 А обираємо зразковий амперметр електродинамічної системи типу Д5014/2 класу тчності 0,2 з границею вимірювання 5 А і частотним діапазоном 45…1000 Гц. 4. Похибка зразкового амперметра при вимірюванні струму 3 А дорівнює 5. Сумарна похибка зразкових приладів при повірці амперметра, який включений через трансформатор струму, визначається де – клас точності трансформатора струму 6. Умова забезпечення необхідної точності повірки амперметра виконується, так як сумарна похибка зразкових приладів не перевищує .