Краткие теоретические сведения

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………….6

Лабораторная работа № 1

Поверка вольтметра

1. Цель работы………………………………………………..…….7

2. Краткие теоретические сведения…………………………..…...7

3. Задание………………………………………………………….16

4. Методические указания по выполнению задания и обработке результатов эксперимента………………………………………..16

5. Контрольные вопросы…………………………………………20

Лабораторная работа № 2

Обработка результатов измерений

1. Цель работы…………………………………………………….22

2. Краткие теоретические сведения……………………………...22

3. Задание………………………………………………………….26

4. Методические указания по выполнению задания и обработке результатов эксперимента………………………………………..27

5. Контрольные вопросы………………………………………….31

Лабораторная работа № 3

Экспертный метод оценки качества электроизмерительных приборов при заданной математической модели комплексного показателя

1. Цель работы…………………………………………………….32

2. Краткие теоретические сведения……………………………...32

3. Задание………………………………………………………….38

4. Методические указания по выполнению задания и обработке результатов эксперимента…………………………………..……38

5. Контрольные вопросы………………………………………….40

Лабораторная работа № 4

Изучение методов измерения частоты, фазового сдвига

1. Цель работы…………………………………………………….41

2. Краткие теоретические сведения……………………………...41

3. Задание………………………………………………………….45

4. Методические указания по выполнению задания и обработке результатов эксперимента…………………………………..……46

5. Контрольные вопросы………………………………………….48

Лабораторная работа № 5

Измерение параметров электрических цепей

1. Цель работы…………………………………………………….49

2. Краткие теоретические сведения……………………………...49

3. Задание………………………………………………………….54

4. Методические указания по выполнению задания и обработке результатов эксперимента…………………………………..……55

5. Контрольные вопросы………………………………………….56

Лабораторная работа № 6

Изучение статистических методов обработки опытных данных и нормального закона распределения

1. Цель работы…………………………………………………….57

2. Краткие теоретические сведения……………………………...57

3. Задание………………………………………………………….63

4. Методические указания по выполнению задания и обработке результатов эксперимента…………………………………..……63

5. Контрольные вопросы………………………………………….67

Требования к оформлению отчетов по лабораторным работам.69

Список литературы……………………………………………….69

Приложения……………………………………………………….70

Введение

Для того чтобы успешно справиться с многочисленными и разнообразными проблемами измерений, студентам необходимо освоить ряд общих принципов их решения, определить единую научную и законодательную базу, обеспечивающую на практике высокое качество измерений независимо от того, где и с какой целью они выполняются. Такой базой является метрология (от греч. «метрон» - мера, «логос» - учение) – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Одной из метрологических операций является поверка средства измерения. Поверка СИ - определение погрешностей СИ и установление их пригодности к применению и соответствию классу точности. Пригодными к применению могут быть признаны только те средства измерений, поверка которых подтвердила их соответствие метрологическим и техническим требованиям. Периодичность поверки средств измерения, находящихся в эксплуатации, зависит от условий эксплуатации и должна обеспечивать своевременное выявление неисправных приборов. Поверкой должны быть охвачены все средства измерения, выпускаемые из производства и ремонта, приобретаемые за границей, находящиеся в эксплуатации и на хранении.

При проведении с одинаковой тщательностью и в одинаковых условиях повторных измерений одной и той же постоянной величины получаются результаты измерений (наблюдений), как отличающиеся друг от друга, так и совпадающие. Такие расхождения в результатах измерений говорят о наличии в них случайных погрешностей.

Случайные погрешности можно оценить методами математической статистики с привлечением теории вероятности при многократных измерениях одной и той же величины.

Каждая лабораторная работа данного практикума включает в себя: цель работы, краткие теоретические сведения о характеристиках исследуемого электронного прибора, его структурной схеме, особенностях принципиальной схемы или отдельных ее узлов, порядок выполнения задания, обработку результатов эксперимента и рекомендации по выбору методов и средств измерений, необходимых для исследований, режимов работы. Предлагаются варианты задания, которые необходимо выполнить самостоятельно, приводятся контрольные вопросы по каждой работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ПОВЕРКА ВОЛЬТМЕТРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с методикой поверки вольтметров методом сличения.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Поверка средств измерений – совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы или другими уполномоченными на то органами и организациями с целью определения и подтверждения соответствия средств измерения установленным техническим требованиям.

В соответствии с законом «Об обеспечении единства измерений» средства измерения, которые подлежат государственному контролю и надзору, поверяются, если они только что произведены, отремонтированы, если они ввезены по импорту и эксплуатируются. Продажа и выдача на прокат измерительных приборов разрешается только после поверки. Госстандарт РФ утвердил ряд документов по поверке: «Поверка средств измерений. Организация и порядок проведения», «Порядок аттестации поверителей средств измерений», «Поверительные клейма». Поверку средств измерений осуществляют органы государственной метрологической службы (ГСМ), государственные научные метрологические центры (ГНМЦ), а также аккредитованные метрологические службы юридических лиц.

Поверку может проводить оператор, который аттестован в качестве поверителя. Поверка проводится на соответствие прибора нормативным документам, и проведение самой поверки также описано в нормативных документах. Если средство измерения по результатам поверки признано пригодным к применению, то на него и (или) техническую документацию наносится оттиск поверительного клейма и (или) выдается «Свидетельство о поверке». Если по результатам поверки средство измерения признано непригодным к применению, оттиск поверительного клейма и (или) «Свидетельство о поверке» аннулируется и выписывается «Извещение о непригодности» или делается соответствующая запись в технической документации.

В соответствии с ПР 50.2.006-94 средства измерений подвергают следующим видам поверок: первичной, периодической, внеочередной, инспекционной, экспертной.

Первичной поверке подвергаются все средства измерений выпускаемые из производства или ремонта, а также поступающие из-за рубежа (за исключением средств измерений, поступающих из стран, с которыми имеются соглашения о взаимном признании результатов испытаний и поверок).

Периодическая поверка – поверка, производимая при эксплуатации или хранении средства измерений через определенные промежутки времени. Эти промежутки времени – межповерочные интервалы – должны устанавливаться с расчетом обеспечения метрологической исправности средств измерений в период между поверками.

Внеочередная поверка – поверка средств измерений, производимая до наступления срока очередной периодической поверки. Внеочередная поверка производится обязательно в следующих случаях:

¾ когда необходимо удостовериться в исправности средства измерений;

¾ когда средство измерений устанавливается в качестве комплектующего изделия после истечения половины межповерочного интервала;

¾ при повреждении поверительного клейма, пломбы и утрате документов, подтверждающих прохождение средством измерений периодической поверки;

¾ при вводе в эксплуатацию после хранения, в течение которого не могла быть проведена периодическая поверка в связи с требованиями к консервации средств измерений;

¾ при передаче средства измерений на длительное хранение и переконсервации его в процессе хранения;

¾ при отправке потребителю средства измерений, не реализованного предприятием- изготовителем по истечении половины межповерочного интервала;

¾ перед вводом в эксплуатацию средства измерений, взятого со склада после хранения.

Инспекционной называется поверка средств измерений, производимая при осуществлении Государственного надзора или ведомственного контроля. Она выполняется с целью проверки исправности средств измерений, выпускаемых из производства или ремонта и находящихся в обращении.

Экспертную поверку проводят при возникновении спорных вопросов по поводу исправности средств измерений, их пригодности к применению, соответствия требованиям метрологических характеристик.

В зависимости от того, кем выполняется поверка, различают государственную и ведомственную поверку средств измерений.

Государственную поверку осуществляют территориальные органы Госстандарта: метрологические институты, центры стандартизации и метрологии, лаборатории Госнадзора за стандартами и измерительной техникой. Обязательной государственной поверке подлежат средства измерений, играющие особенно важную роль в обеспечении единства измерений в стране, служащие для целей материального учета, охраны и некоторые другие. К ним относятся следующие средства измерений:

¾ применяемые в органах государственной метрологической службы;

¾ применяемые в органах ведомственных метрологических служб в качестве исходных образцовых средств измерений (к исходным образцовым средствам измерений относятся образцовые меры или образцовые приборы, соответствующие высшей ступени локальной поверочной схемы метрологической службы предприятия, т.е. средства измерений поверочной схемы метрологической службы предприятия, т.е. средства измерений высшей точности для данного предприятия);

¾ выпускаемые из производства в качестве образцовых средств измерений согласно их прямому назначению или по условиям заказа, полученного предприятием- изготовителем;

¾ предназначенные для применения и применяемые в качестве рабочих средств для измерений, связанных с учетом материальных ценностей, топлива и энергии, взаимными расчетами и торговлей, для защиты природной среды, обеспечения безопасности труда;

¾ применяемые для измерений, связанных с регистрацией официальных спортивных национальных и международных рекордов.

Все остальные средства измерений подлежат ведомственной поверке, т.е. должны поверяться метрологической службой предприятия, на котором они используются. Если на предприятии отсутствует метрологическая служба или ей не предоставлено право поверки, то средства измерений, принадлежащие предприятию, поверяются в органах государственной метрологической службы или ведомственными метрологическими службами других предприятий, которым предоставлено право поверки данных средств измерений.

Поверка средств измерений производится в соответствии с требованиями нормативно- технических документов. Для средств измерений, предназначенных для общего применения, такими документами являются государственные стандарты или методические указания Госстандарта по поверке.

Государственный стандарт методики поверки разрабатывается для групп однотипных средств измерений при условии, что имеется Государственный стандарт технических требований (технических условий) на эти средства измерений и обеспечен серийный выпуск средств поверки. Методические указания Госстандарта по поверке разрабатывают для средств измерений, выпускаемых серийно или импортируемых партиями и обеспеченных средствами поверки. На новые средства измерений, представляемые на государственные приемочные испытания, разрабатывают методические указания метрологических институтов по поверке, которые после апробирования в органах государственной и ведомственной метрологических служб могут служить основой для разработки государственных стандартов или метрологических указаний Госстандарта по поверке.

Для обеспечения ведомственной поверки средств измерений разового выпуска, нестандартизованных, имеющих узкоотраслевое назначение, при отсутствии соответствующих государственных стандартов и методических указаний Госстандарта разработчики этих средств измерений должны составлять методические указания по поверке. Эти указания утверждаются главным метрологом предприятия.

Периодическая поверка комбинированных и многодиапазонных средств измерений, постоянно используемых только для измерения одной физической величины или не на всех диапазонах, по решению главного метролога предприятия, может проводиться лишь на используемых диапазонах. В этих случаях на средство измерений должна наноситься надпись, определяющая область применения. Такая же запись должна быть сделана в паспорте и свидетельстве о поверке.

Не подлежат поверке средства измерений, служащие лишь для качественной оценки изменений физических величин без оценки их с нормированной точностью, т.е. индикаторы, а также средства измерений, применяемые в учебных целях. Контроль за их исправностью осуществляется ведомственными службами. На такие средства измерений наносится отчетливо видимое обозначение «И» (индикатор) или «У» (учебный).

К метрологическим характеристикам средств измерений относят те, которые оказывают влияние на результаты и погрешности измерений:

¾ градуировочные характеристики, определяющие зависимость выходного сигнала от входного; номинальное значение меры; пределы измерения; цена деления шкалы; вид и параметры цифрового кода;

¾ динамические характеристики, отражающие инерционные свойства средств измерений и позволяющие оценить динамические погрешности;

¾ инструментальные составляющие погрешности измерения;

¾ функции влияния, отражающие зависимость метрологических характеристик средств измерений от воздействия влияющих величин или неинформативных параметров (напряжение, частота сети и т.д.).

Для обеспечения единства измерений и взаимозаменяемости средств измерений их метрологические характеристики нормируют. Для этого используют нормированное значение погрешности, под которой понимается погрешность, являющаяся предельной для данного типа средств измерения.

Метрологические характеристики нормируют для нормальных условий эксплуатации средств измерений. Нормальными считают условия, при которых изменением метрологических характеристик под воздействием влияющих величин пренебречь. Для многих средств измерений нормальными условиями являются:

¾ температура окружающего воздуха:

· (20+2) °С – для классов точности 0,05-0,5;

· (20+5) °С – для классов точности 1,0-5,0;

¾ относительная влажность воздуха (30-80) %;

¾ атмосферное давление (100+6) кПа;

¾ напряжение питающей сети 220±4,4 В;

¾ частота сети 50±0,5 Гц;

Поверяемые приборы должны быть подготовлены в соответствии с нормативно-технической документацией (НТД), без взаимозаменяемых вспомогательных частей.

Показания приборов отсчитываются в направлении, перпендикулярном к шкале.

Приборы постоянного и переменного тока поверяют на том роде тока, для которого они отградуированы.

Многодиапазонные приборы допускается поверять на всех числовых отметках шкалы лишь на одном диапазоне измерений, на остальных диапазонах достаточно проводить поверку на двух отметках шкалы: на числовой отметке, соответствующей нормирующему значению шкалы, и числовой отметке, на которой получена максимальная погрешность на полностью проверяемом диапазоне измерений.

Приборы с несколькими шкалами или приборы, измеряющие несколько величин, должны быть проверены на каждой шкале и по каждой измеряемой величине отдельно.

Приборы с двусторонней шкалой поверяют на всех числовых отметках левой и правой шкалы.

Перед поверкой приборы должны быть выдержаны при нормальной температуре в течение 8 часов.

Важной метрологической характеристикой является погрешность средств измерения - инструментальная погрешность измерения.

Инструментальную погрешность в нормальной области значений влияющих величин называют основной. Превышение значения влияющей величины за пределы нормальной области значений может привести к возникновению составляющей инструментальной погрешности, называемой дополнительной.

Для средств измерений основная и дополнительная погрешности нормируются отдельно. Пределы допускаемых дополнительных погрешностей устанавливают в виде дольного значения предела допускаемой основной погрешности. Для оценки дополнительных погрешностей в документации на средство измерения указывают нормы изменения показаний при выходе условий за пределы нормальных.

Информация о возможной инструментальной составляющей погрешности измерения содержится в указании класса точности средства измерения.

Класс точности – обобщённая характеристика средства измерения, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливают в соответствующих стандартах.

Классы точности присваивают средствам измерений при разработке на основании исследований и испытаний представительной партии таких устройств. Обычно их устанавливают в технических условиях на средство измерения. Пределы допускаемых погрешностей нормируют и выражают в форме абсолютной (D), относительной (d) или приведённой (g) погрешностей. Форма выражения зависит от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения средства измерения.