Разработка методики выполнения измерений переменного напряжения сложной формы на выходе резестивного делителя напряжения

/

/

Разработка методики выполнения измерений переменного напряжения сложной формы на выходе резестивного делителя напряжения

Введение

Методика выполнения измерений (МВИ) - технологический процесс измерений, выполнение которого с соблюдением всех требований, содержащихся в описании аттестованной МВИ, гарантирует получение результатов измерений с качеством, удовлетворяющим для него нормам.

Получение результатов измерений с известной точностью, не превышающей допускаемых пределов, является важнейшим условием обеспечения единства измерений. Таким образом, МВИ, отвечающие современным требованиям, играют решающую роль в обеспечении единства измерений.

МВИ определяют качество измерений, разрабатываются и применяются с целью обеспечения измерений физических величин с точностью, правильностью и достоверностью, удовлетворяющих регламентированным для них норм.

Существует два вида МВИ: типовая и индивидуальная.

Типовая МВИ - МВИ, рассчитанная на применение любого экземпляра СИ и вспомогательных технических средств, характеристики которых удовлетворяют требованиям описания МВИ.

Индивидуальная МВИ - МВИ, рассчитанная на применение конкретных экземпляров СИ и вспомогательных технических средств и при определении показателей качества которой учитывались индивидуальные свойства этих экземпляров.

Целью данной курсовой работы является получение практических навыков разработки МВИ, основными этапами которой являются:

- формирование исходных данных для разработки МВИ;

- выбор методов и средств измерений (далее - СИ);

- разработка описания МВИ;

- оформление результатов разработки МВИ.

При разработке МВИ одним из основных исходных требований является требование к точности измерений.

1. Разработка основных этапов МВИ

1.1 Формирование исходных данных

измерение делитель напряжение

Измеряемая величина:

напряжение переменного тока на выходе резистивного делителя напряжения, применяемого в лабораторном практикуме.

Характеристики измеряемых величин:

Напряжение, В, не более ………….. 3,0

Пределы допустимого относительного отклонения

показаний СИ от измеряемого значения

напряжения, %, не более ………… ± 1,5

Значение напряжения: средневыпрямленное

Форма сигнала: ОПИ (однополярные прямоугольные импульсы)

со скважностью 3

Частота сигнала, кГц, не более ………. 5,0

Условия измерений:

- диапазон температуры окружающего воздуха, К, …………288-298

- относительная влажность воздуха, % ………….50 - 80

Характеристики объекта измерений

(R1=R2=R), Ом, не более …………. 10⁵

1.2 Выбор методов и средств измерений

Поставленная измерительная задача может быть решена при использовании различных средств измерений (вольтметра и осциллографа).

Поставленные нормы точности показывают, что средневыпрямленное значение может быть измерено с помощью осциллографа прецизионного (цифрового), например С 1-112. Однако при расчете средневыпрямленного значения по показанию осциллографа соответствующего амплитудному значению будет допущена существенная ошибка. Поэтому предпочтитель-ней применить соответствующий вольтметр переменного тока. Как известно эти вольтметры строятся с применением различного вида детекторов, причем шкалы их градуируются по-разному. По этому показания любого подобного вольтметра должно быть проанализировано, в результате чего могут быть указаны пределы, в которых находится исследуемое значение напряжения сложной формы.

Для обеспечения правильности и точности показаний в данном случае должны быть учтены типовые метрологические характеристики используемого вольтметра.

Далее рассмотрим три характерных типа вольтметра:

1. Вольтметр с детектором средневыпрямленного значения, шкала которого проградуирована в среднеквадратических значениях напряжения синусоидальной формы.

2. Вольтметр с амплитудным детектором, шкала которого проградуирована в среднеквадратических значениях напряжения синусоидальной формы.

3. Вольтметр с детектором среднеквадратического значения, показания, которого всегда соответствуют среднеквадратическому значению напряжения любой формы.

Выведем соотношения для всех трех вариантов используемых вольтметров.

1. В случае применения вольтметра с детектором средневыпрямленного значения, шкала которого проградуирована в среднеквадратических значениях напряжения синусоидальной формы справедливо следующее выражение:

где - коэффициент амплитуды, - коэффициент формы

===

Амплитудное значение всего напряжения определяется по формуле:

(4)

(5)

Из формулы (3) вычисляем

(6)

2. В случае применения вольтметра с амплитудным детектором, причем шкала вольтметра проградуирована в среднеквадратических значениях напряжения синусоидальной формы справедливо следующее выражение:

отсюда:

(

следовательно:

3. Проанализируем показания вольтметра с детектором среднеквадратического значения. Подобные вольтметры всегда дают показания соответствующие среднеквадратическому значению напряжения любой формы.

Искомое средневыпрямленное значение всего сигнала определяется согласно выражению:

Анализируя три полученных выражения, выбираем вольтметр с детектором средневыпрямленного значения. Однако следует учесть, что это расчетное значение определенное по показанию пока ещё не учитывает характеристики точности и правильности показаний. Средневыпрямленное значение может быть представлено в виде пределов которых оно может находиться с учетом основных метрологических характеристик используемого вольтметра.

Класс точности средства измерения (вольтметра) определяет величину максимального допустимого абсолютного отклонения показания вольтметра от измеряемого значения (±е).

Абсолютная детерминированная поправка к показаниям вольтметра (), должна быть определена с учетом входного сопротивления вольтметра R_вх. С учетом выше - сказанного эти пределы могут быть представлены в виде выражения:

(12)

Далее выберем вольтметр, исходя из поставленных требований к характеристикам точности.

Поскольку д 1,5%, то можно сделать вывод, типовые стрелочные вольтметры не подходят. Следовательно, необходимо использовать цифровой вольтметр.

Выбираем вольтметр В 7-40 с классом точности в режиме измерения переменного напряжения 0,6/0,1. Этот вольтметр имеет следующие пределы измерений выбираемые автоматически:

0,2; 2; 20; 200; 2000 В

Следовательно, при необходимости снятия показаний 3В;

%

что удовлетворяет поставленным требованиям.

Абсолютное отклонение показания от измеренного значения определяется по формуле:

В

Определим величину абсолютной поправки к показаниям вольтметра, для чего выведем формулу. Напряжение на выходе делителя при R_вх > ? определим по формуле:

(13)

При R_вх, экспериментально определяем значение этого напряжения:

(14)

Относительная поправка к показаниям вольтметра определяется по формуле:

(15)

Далее по этому аналитическому выражению построим график зависимости:

Рис. 3 График зависимости

У вольтметра В 7-40, R_вх должно быть не менее 1 Мом. Предположим, что у данного экземпляра вольтметра R_вх составляет R_вх=1,2 Мом. Тогда отношение .

Определяем по графику рис. 3 величину .
Переход от относительной детерминированной поправки к абсолютной производится согласно зависимости:

С учетом вышесказанного, измеряемое средневыпрямленное значение напряжения сложной формы на выходе резистивного делителя напряжения находится в пределах:

(4,05 + 0,13) - 0,03 U_CВ (4,05 + 0,13) + 0,03 (В)

4,15 U_CВ 4,21 (В)

2. Разработка документации

1. Вводная часть.

Настоящий документ устанавливает методику выполнения измерений переменного напряжения сложной формы на выходе резистивного делителя напряжения методом вольтметра в рабочих условиях.

2. Нормы точности и правильность измерений

Реализация данной МВИ обеспечивает выполнение измерений переменного напряжения сложной формы с максимально допустимым отклонением показания от измеряемой величины, не более ± 1,5%

3. Средства измерений и вспомогательные устройства

При проведении измерений применяют СИ, технические характеристики которых приведены в таблице 1.

Таблица 1.

4. Метод измерений

Измерение переменного напряжения сложной формы выполняют методом непосредственной оценки, реализованным с помощью вольтметра В 7-40. Значение переменного напряжения сложной формы является результатом прямых измерений с помощью вольтметра.

5. Требования безопасности

- При выполнении измерений переменного напряжения сложной формы необходимо соблюдать «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», утверждённые Госэнергонадзором.

- По требованиям безопасности вольтметр В 7-40 относится к классу защиты Й.

- К работе с вольтметром допускаются лица изучившие работу вольтметра и его составных частей и прошедшие проверку знаний по технике безопасности при работе с электроустановками напряжением до 1000 В (с делителем - свыше 1000 В).

- Перед включением вольтметр необходимо заземлить, для чего зажим защитного заземления «» на задней панели вольтметра подсоединить к контуру защитного заземления.

- Подключение к вольтметру и отключение измерительных кабелей производится только при обесточенных электрических цепях.

- Лица, допущенные к работе должны проходить ежегодную проверку знаний по технике безопасности.

6. Требования к квалификации операторов

К выполнению измерений и обработке их результатов допускаются лица, имеющие среднетехническое, неполное высшее образование, прошедшие инструктаж в соответствии со стандартом предприятия, изучившие техническую документацию на применяемые СИ.

7. Условия выполнения измерений

При проведении измерений и при подготовке к ним необходимо соблюдать условия, приведённые в таблице 2.

Таблица 2

8. Подготовка к выполнению измерений

- убедиться в отсутствии механических повреждений в случае транспортирования прибора в условиях повышенной влажности или низких температур;

- убедиться в наличии действующих сертификатов калибровки у применяемого СИ;

- установить прибор в горизонтальное положение;

- установить тумблер СЕТЬ в положение ВКЛ.;

- перед измерением прогреть прибор в течении 10 минут;

- при измерении ~U подключить к гнездам «U, R» и «О» кабель К2;

- нажать на передней панели переключатель рода работ соответствующий ~U;

9. Выполнение измерений

Для проведения измерений переменного напряжения необходимо выполнить следующие операции:

- подготовить вольтметр к измерениям согласно, подраздела 8;

- провести отсчет показаний по индикаторному табло.

10. Обработка результатов измерений

Обработка результатов измерений переменного напряжения сложной формы производится согласно методике проведения однократного измерения:

1. Анализ априорной информации (об измеряемой величине, о влияющих факторах и т.д.);

2. Получение одного значения отсчёта ;

3. Определение средневыпрямленного значения показания прибора

, В

где - скважность.

4. Определение максимально возможного абсолютного отклонения результата однократного измерения от значения измеряемой величины.

, В,

где - относительное отклонение показаний от измеряемого значения напряжения.

4. Определение абсолютной детерминированной поправки к показаниям вольтметра (), должна быть определена с учетом входного сопротивления вольтметра R_вх.

, В

где - относительная поправка к показаниям вольтметра

, %

5. Определение пределов, в которых находится значение измеряемой величины.

, В

Список литературы

измерение норма технологический

1. Виноградов Г.А. Основы электротехники. - Л.: Изд-во Энергия, 1992

2. Спектр. Электрические измерения

3. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. - М.: Высшая школа, 1993

4. ГОСТ Р 8.563-96 «ГСИ. Методики выполнения измерений»

5. МИ 1967-89 «ГСИ. Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений. Общие положения»

6. МИ 2377-98 «ГСИ. Разработка и аттестация методик выполнения измерений»