49. Що таке метрология?

«Метрологія - це наука про виміри»

Вимірювання - це порівняння невідомого значення величини зі стандартною одиницею тієї ж величини і вираз результату у вигляді частки або кратного числа цієї одиниці.

 Що таке еталон? 

Еталон (стандарт вимірювання) може бути фізичної мірою, вимірювальним інструментом, стандартним зразком або вимірювальною системою, призначеної для того, щоб визначати, реалізовувати, зберігати або відтворювати одиницю або одне або більше значень величини, щоб служити в якості еталона. Наприклад, одиниці маси додана фізична форма у вигляді циліндричного шматка металу вагою 1 кг;

Калібрування - комплекс операцій, які встановлюють, за спеціальних умов, співвідношення між значеннями величина, що показує вимірювальним інструментом або вимірювальною системою, або значеннями, представленими в стандартному зразку і відповідними значеннями, реалізованими в еталоні.  Повірка вимірювального обладнання: 

Процедура (відмінна від затвердження типового зразка), яка включає перевірку і маркування та / або випуск сертифіката повірки, який засвідчує і підтверджує, що вимірювальний інструмент відповідає вимогам нормативного законодавства. 

Регулювання (вимірювального інструмента):

 Операція щодо приведення вимірювального інструмента в робочий стан, придатний для використання.  Градуювання (вимірювального інструмента):

Операція по нанесенню положень градуювальних відміток вимірювального інструмента (в деяких випадках тільки певних головних відміток), по відношенню до відповідних значень вимірюваної величини. 

ЗАСОБИ ВИМІРЮВАННЯ

Засоби вимі­рювання обов'язково мають нормовані метрологічні характеристики. Технічні засоби, за допомогою яких можна вимірювати фізичні величини, але метрологічні ха­рактеристики яких не нормовано, не належать до засобів вимірювання. Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють окремі вимірювальні операції, поділяються на: міри, компаратори, вимірювальні перетворювачі.

Міра — це засіб вимірювання для відтворення фізичної величини заданого розміру із зада­ною точністю, на вхід якого надходить значення відтворюваної величини.

Міри  поділяються  на  еталони,   зразкові   та  ро­бочі. Еталони займають чільне місце серед мір, мають найвищу точність і призначені для  відтворення  та зберігання одиниць   фізичних   величин   з метою передачі їх розміру зра­зковим   мірам.

 Зразкові   міри передають розмір фізичних ве­личин робочим мірам, які призначені для визначення метрологічних характеристик засобів вимірювання.

Вимірювальний перетворювач — це засіб вимірюван­ня, призначений для перетворювання, зберігання і пере­дачі сигналу вимірювальної інформації у формі, яка недо­ступна для безпосереднього сприйняття спостерігачем. На вхід вимірювального перетворювача подається вхідна фізична величина X, а на виході отримуємо вихідну фізичну величину Y.

Вимірювальним приладом називають засіб вимірюван­ня, призначений для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, доступній для безпосереднього сприй­няття спостерігачем.

50. Під методом безпосередньої оцінки розуміють метод або процедуру упорядкування об'єктів, предметів, властивостей, ознак, факторів тощо за кількісними показниками значущості кожного об'єкта, віднесеної до суми значимостей об'єктів всього альтернативного ряду.

51.

Похибка вимірювання -  це відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірюваної фізичної величини.

Тут   - результат вимірювання величини  ;   - її істинне значення.

Похибка вимірювання є кількісною характеристикою точності вимірювання.

Класифікація похибок вимірювання

За формою вираження похибки вимірювання поділяються на абсолютні та відносні.

Абсолютна похибка вимірювання - це похибка вимірювання, виражена в одиницях вимірюваної величини.

Відносна похибка вимірювання - це похибка вимірювання, виражена як відношення абсолютної похибки до дійсного чи виміряного значення.

Відносну похибку у частках вимірюваної величини або у відсотках знаходять із співвідношень

 або 

де   - результат вимірювання або дійсне значення вимірюваної фізичної величини.

За закономірностями виникнення та прояву розрізняють систематичні, випадкові та надмірні похибки.

Систематична похибка - складова загальної похибки вимірювання, яка залишається постійною або закономірно змінюється під час повторних вимірювань однієї і тієї ж величини.

Випадкова похибка - складова загальної похибки вимірювання, яка змінюється випадковим чином (як за знаком, так і за величиною) під час повторних вимірювань однієї і тієї ж величини.

Надмірна похибка - похибка вимірювання, яка істотно перевищує очікувану за даних умов похибку.

Результати, що містять надмірну похибку, називаються промахами. Такі результати необхідно виявляти та вилучати.

52. Величина похибки залежить від умов проведення вимірювання: засобу вимірювання, умов вимірювання тощо.

Оскільки абсолютна похибка, що дорівнює 1 мм, може бути гарним показником вимірювання (для довжини екватора) і поганим показником (для довжини мурахи), використовують безмірну величину відносної похибки вимірювання.

Класс точности измерительного прибора — это обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами, влияющими на точность, значения которых установлены в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых при помощи этих средств.

Для того чтобы заранее оценить погрешность, которую внесет данное средство измерений в результат, пользуются нормированными значениями погрешности. Под ними понимают предельные для данного типа средства измерений погрешности.

Погрешности отдельных измерительных приборов данного типа могут быть различными, иметь отличающиеся друг от друга систематические и случайные составляющие, но в целом погрешность данного измерительного прибора не должна превосходить нормированного значения. Границы основной погрешности и коэффициентов влияния заносят в паспорт каждого измерительного прибора.

53. Вариация – это наибольшая разница показаний прибора на одном и том же значении измеряемой величины при плавном подходе стрелки к испытуемой отметке шкалы.

Чувствительность электроизмерительного прибора S к изменяемой велечине х – это производная от перемещения указателя а по измеряемой велечине х. S = da/dx.

Цена деления - это разность значений между двумя соседними отметками шкалы, выраженная в единицах измерения.

Потребляемая мощность - Общая мощность, получаемая устройством или совокупностью устройств.

54. Похибка вимірювання - це відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірюваної фізичної величини:

Тут   - результат вимірювання величини  ;   - її істинне значення.

Відносна похибка вимірювання - це похибка вимірювання, виражена як відношення абсолютної похибки до дійсного чи виміряного значення.

Відносну похибку у частках вимірюваної величини або у відсотках знаходять із співвідношень

 або 

де   - результат вимірювання або дійсне значення вимірюваної фізичної величини.

Приведена похибка – відношення абсолютної похибки до межі вимірювання приладу (виражене у відсотках):

.   

55. Выпрямительный прибор – это сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма с выпрямительным на полупроводниковых диодах. Данные приборы могут измерять ток только в цепях постоянного тока, для использования их в цепях переменного тока необходимо преобразовать переменный ток в постоянный. Достоинства: Высокая чувствительность, малое собственное потребление и широкий частотный диапазон. Недостатки: невысокая точность и зависимость показаний от формы кривой измеряемой величины.

Рис. 15. Структурная схема (а) и кривые напряжений (б) выпрямителя

56. В средствах измерения входной сигнал испытывает ряд преобразований: совокупность элементов средств измерения – это измерительная цепь.

Виды преобразований сигналов: 1) Изменение физической величины (сопротивление преобразует в ток). 2) Масштабирование – это приведение сигнала к диапазону измерения. 3) Линиаризация – это операция, обеспечивающая линейную зависимость между входным и выходным сигналом. 4) Фильтрация – это отделение помех. 5) Аналого-цифровое преобразование – это преобразование сигнала в цифровой ток. Свойства измерительных преобразователей: 1) Функция преобразования ИП. 2) Точность измерительного преобразователя. 3) Степень отличия характеризует точность преобразования. 3) Чувствительность и порог реагирования. 4) Входные и выходные сопротивления измерительного преобразователя – от них зависит степень искажения сигналов. 5) Быстродействие измерительного преобразователя – это способность быстро реагировать на изменение входного сигнала.

57.Мостовые цепи (мосты) – применяются для измерений параметров електрических цепей, для преобразования параметров цепей в електрические сигналы, в качестве фильтров. Мостовые цепи делятся на четырехплечие и многоплечие. Различают мосты постоянного и переменного тока. Мосты постоянного тока применяются для измерения сопротивления электрической цепи постоянному току, а также для преобразования сопротивления в ток или напряжения. Мосты переменного тока применяются для измерения или преобразования в электрический сигнал комплексных сопротивлений, а также в качестве фильтров. Мостовая цепь может приводиться к состоянию равновесия путем регулировки сопротивлений в плечах моста – это уравновешенные цепи, в противном случае – они неуравновешенные.

58. Компенсаційний метод вимірів -  метод вимірів, заснований на компенсації (зрівнюванні) вимірюваної напруги або едс(електрорушійна сила) напругою, що створюється на відомому опорі струмом від допоміжного джерела. До. м. і. застосовують не лише для вимірів електричних величин (едс, напруги, струмів, опору); він широко застосовується і для виміру ін. фізичних величин (механічних, світлових, температури і т.д.), які зазвичай заздалегідь перетворять в електричні величини.

При вимірі компенсаційним методом сили струму I x цей струм пропускають по відомому опору R 0 і вимірюють падіння напруги на нім l x R 0 . Опір R 0 включають замість показаної на мал.(малюнок) джерела напруги U x . Для виміру потужності необхідно по черзі виміряти напругу і силу струму. Для виміру опору його включають в допоміжний ланцюг послідовно з відомим опором і порівнюють падіння напруги на них. 

59. Шунт – это простейшый измерительный преобразователь тока в напряжение. Применяется для разширения пределов измерения измерительных механизмов по току. Включают параллельно с измерительным механизмом. Представляет собой 4-х зажимный резистор. Сопротивление шунта рассчитываетя по формуле: Rш = Ri / (n-1). Ri – сопротивление измерительного механизма прибора. n – коэффициент шунтирования, он показывает во сколько раз мы хотим разширить предел измерения измерительного механизма.

60. Добавочные резисторы – являются измерительными преобразователями напряжения в ток и служат для разширения пределов измерения измерительных механизмов по напряжению, включают последовательно с измерительным механизмом. Сопротивление добавочного резистора рассчитываеться по формуле: Rд = Ri * (n-1). Ri – сопротивление измерительного механизма. n- коэффициент шунтирования, показывает во сколько раз разширять предел измерения измерительных механизмов.

61. Трансформатор тока предназначен для понижения тока до стандартной величины 1 или 5 А с целью подключения приборов и релейной защиты по току. Сечение первичной обмотки зависит от первичного тока и обычно большое. Иногда в качестве первичной обмотки используют токопроводящую шину или жилу, продета через сердечник трансформатора тока. Вторичная обмотка выполнена с проводом небольшого сечения с большым количеством витков. Трансформатор тока работает в режиме близкому к КЗ. С целью безопасности перед отключением вторичных приборов от вторичной обмотки трансформатора тока надо закоротить зажимы i1 i2.

62. Трансформатор напряжения предназначен для понижения напряжения до величены 100 или 100/ В. Эго подключают с целью подключения приборов и реле по напряжению и отделения измерительных цепей от цепей высокого напряжения для обеспечения безопасности персонала. Вторичная обмотка выполнена проводом большего сечения но с меншим количеством витков. Трансформатор напряжения работает в режиме близкому к холостому ходу.

63.Цифровой измерительный прибор (ЦИП) – это измерительный прибор, в котором входной сигнал преобразуется в дискретный выходной сигнал и представляется в цифровой форме. Измеряемая величина, подаваемая на вход ЦИП, является величиной непрерывной. Непрерывную величину называют аналоговой величиной. В ЦИП входная аналоговая величина преобразуется в цифровую форму и представляется в виде ряда цифр на цифровом отсчетном устройстве.

64. Для определения малых постоянных токов можно использовать прямые и косвенные измерения. В первом случае ток можно измерять зеркальными гальванометрами и стрелочными магнитоэлектрическими приборами. Наименьший ток, который можно измерить зеркальным гальванометром. С помощью усилителей можно измерить токи до 10^-10А.

65.К средним токам и напряжениям можно отнести токи в диапазоне от 10 мА до 50-100А и напряжение от 10 мВ до 600В. Для измерения средних постоянных токов можно использовать прямые и косвенные измерения. Для измерения напряжений используют только прямые измерения. При напряжениях, не превышающих 600В, вместо приборов электростатической системы можно применять вольтметры электронной системы.

66.Для измерения больших токов часто используют несколько шунтов, соединенных параллельно. Шунтирование магнитоэлектрических приборов дает возможность измерять постоянные токи до нескольких тысяч ампер. Для измерения постоянного напряжения до 6 кВ применяют магнитоэлектрические вольтметры с добавочными резисторами.

67.Методы измерения переменных токов и напряжений:

- Для измерения переменных токов до 10 мкА служат электронные микроамперметры. Они состоят из усилителя переменного тока и милиамперметра выпрямительной или термоэлектрической системы.

- Для измерения переменных токов свыше 10 мкА служат цифровые микроамерметры. Чтобы повысить чувствительность или точность при измерении малых переменных токов промышленной частоты, при помощи вольтметра определяют падение напряжения, создаваемое током на образцовом резисторе.

- Для точного измерения напряжения можно применять потенциометры переменного тока или цифровые вольтметры переменного тока.

68. Вимірювання опору омметром. Для прямого вимірювання опорів застосовують магнітоелектричні вимірювальні механізми одно-і двухрамочные. 

       Однорамочний механізм можна використовувати для вимірювання опорів. З цією метою в прилад вводять додатковий резистор з постійним опором і постачають його джерелом живлення (наприклад, батарею сухих елементів). Вимірюється опір включається з вимірником послідовно або паралельно.

У двухрамочному вимірювальному механізмі, який називають логометром, немає протидіючих пружин, що обертає і протидіє моментам, які створюються електромагнітними силами. Тому за відсутності струму в обмотках добре врівноважена рухома частина приладу знаходиться в байдужому рівновазі (стрілка зупиняється у будь-якого поділу шкали). Коли в котушках є струм, на рухому частину діють два електромагнітних момента, спрямовані в протилежні сторони. 

Непрямі методи вимірювання опорів. Опір резистора або іншого елемента електричного кола можна визначити за показниками вольтметра і амперметра (при постійному струмі), застосовуючи закон Ома. Потім визначають опір за свідченнями одного вольтметра. У положенні 1 перемикача П вольтметр вимірює напругу мережі, а в положенні 2 - напругу на затискачах вольтметра. Непрямі методи застосовують для вимірювання середніх опорів, а одним вольтметром вимірюють також великі опору. Точність цих методів значно залежить від співвідношення величин вимірюваного опору і внутрішніх опорів амперметра і вольтметра. 

69. Найбільш точні результати при вимірюванні опорів дають мостові схеми, які в практиці застосовують у різних варіантах в залежності від величин вимірюваних опорів і необхідної точності вимірювань. Одинарні мости застосовують в основному для вимірювання середніх опорів. При вимірі малих опорів вимірюваний елемент включають за особливою схемою або застосовують спеціальні мости, призначені для цієї мети.