Файл: методичка (учебное пособие) по лабор. МСС.doc

Выбор средств измерений.

Правильный выбор средств измерений обеспечивает получение достоверной информации об объекте с необходимой погрешностью[11]. Для этого необходимо, исследуя измеряемый объект, сформулировать в количественном виде требования к измерительной информации:

• наименование измеряемой физической величины (например, среднее значение переменного напряжения, с частотой 400 Гц),

• возможные изменения ее значения (от 180 до 230 В),

• допустимую погрешность результата измерения физической величины (),

• доверительную вероятность появления этой погрешности (Р_д=0,95),

• Закон распределения погрешностей как случайных величин,

• скорость изменения значения физической величины,

• климатические, механические и химические условия выполнения измерений;

а также к средству измерения:

• защищенность от влияющих величин, (электромагнитного, теплового излучений…) и условий измерений,

• вид отображения и дальнейшей обработки измерительной информации (показания, регистрация, сигнализация, ввод в САУ или в ЭВМ),

• требования к конструктивным особенностям: переносной, щитовой, вид и размеры отображающего устройства и т.д.

Рассмотрим некоторые основные факторы позволяющие удовлетворять требования к измерительной информации, которые следует учитывать при выборе средств измерений,

1. Выбор СИ начинают с исследования объекта измерения в процессе которого определяют наименование измеряемой физической величины, по которой выбирают вид прибора. Так, температура в электрической печи, являясь основной ее характеристикой, исходя из модели объекта определяется действующим значением тока нагревателя. Когда измерение температуры технически недоступно вместо нее приходится измерять действующее значение переменного тока. Для этого следует выбирать амперметр угол отклонения, которого пропорционален действующему значению тока (электромагнитной или электродинамической системы), а не проградуированный в действующих значениях амперметр выпрямительной системы, угол отклонения которого пропорционален среднему значению тока. Последний при отличии формы кривой напряжения от синусоидальной (что возникает при питании печи от тиристорного источника) дает неверные показания.

2. Предел измерения прибора. Для большинства электроизмерительных приборов класс точности нормируют по приведенной погрешности. Их относительная погрешность оказывается наименьшей на верхнем пределе измерений и увеличивается с уменьшением показаний. Поэтому предел измерения таких приборов следует выбирать так, чтобы ожидаемые показания находились в последней третьей или второй части шкалы, т.е. ближе к верхнему пределу измерений прибора. Например, измеряя напряжение 10 В двумя вольтметрами, имеющими одинаковые классы точности (1,0), но разные верхние пределы (15 и 150 В), получим относительные погрешности измерения, соответственно, . С другой стороны, чтобы не перегреть измерительную цепь прибора и иметь возможность отсчитать показании наибольшее измеряемое значение должно быть меньше верхнего предела измерения прибора.

3. Погрешность прибора. Она является составной частью допустимой погрешности результата измерения. Поэтому погрешность СИ должна быть всегда меньше погрешности измерения. Если класс точности СИ устанавливается (нормируется):

а) по относительной погрешности (на шкале он заключен в окружность), то погрешность выбираемого прибора должна быть равна , где-

допустимая относительная погрешность результата измерения.

б) по приведенной погрешности, то погрешность выбираемого прибора должна быть равна ,

где x и x_н – измеряемое значение величины нормированное значение шкалы СИ.

Учитывая, что рабочим участком шкалы в данном случае является ее вторая половина, следует записать, что x_н=2x и тогда , т.е. класс точности прибора должен быть в два и более раз меньше допустимой погрешности результата измерения.

4. Воздействие СИ на объект измерения. Средство измерения, подключенное к объекту, не должно изменить измеряемую величину. Любое СИ обладает внутренним сопротивлением и для своей работы либо потребляет энергию из измеряемой цепи, либо отдает свою энергию в измеряемую цепь (омметры, в них встроен источник э.д.с.). Следовательно, подключая прибор для измерения, мы нарушаем энергетический баланс объекта измерения, что вызывает изменение его физических величин. Прибор покажет изменение значения. Это изменение может быть сколь угодно большим. Чтобы это изменение было наименьшим необходимо выбирать вольтметр с внутренним сопротивлением много большим сопротивления на котором измеряется напряжение, а амперметр с внутренним сопротивлением много меньшим сопротивления цепи в которой измеряется ток. Нарушение последнего требования при измерении напряжения 1000 В, которое выдает мегомметр приводит к показанию вольтметра типа Э59 равное 15 В. Помимо рассмотренных требований при выборе СИ следует учитывать условия работы, конструктивные особенности, габариты, частотный диапазон, время установления показаний, наличие сигнального и регулирующего устройства, регистрации показаний, встроенного интерфейса для ввода значений в ЭВМ и т.д.

Глава 2. Порядок выполнения лабораторных работ.

2.1 Методические указания.

Лабораторная работа это экспериментальная проверка наших теоретических знаний об объекте. Поэтому прежде чем приступить к эксперименту, необходимо изучить объект, выбрать оптимальный план его проведения, методику и средства измерений, способы регистрации показаний приборов, а так же методику математической обработки показаний приборов наблюдений с целью получения результатов измерений. Весьма важно, до эксперимента, на основании имеющихся теоретических сведения об объекте измерения рассчитать ожидаемые показания приборов. Используемые средства измерения следует занести в таблицу 3.

Таблица 3. Перечень приборов.

При ручном способе регистрации показаний прибора до эксперимента следует заготовить таблицу результатов наблюдений в соответствии с планом наблюдений, например, таблицу 4.

Таблица 4. Результаты наблюдений.

В эксперименте электрические цепи могут перегреваться, а условия его проведения малокомфортны для наблюдателя. Эти факторы, а к ним можно добавить и экономические, обязывает предельно сокращать время эксперимента. Поэтому рекомендуется для многопредельных приборов, у которых шкала выражена в делениях, а не в единицах величин, в строку записывать количество делений и через косую черту – наибольший предел измерений. Это позволит предотвратить ошибку оператора при пересчете делений в единицы измеряемой величины.

Лабораторные работы выполняются в соответствии с графиком, следовательно студент заранее знает какую работу предстоит выполнять. До проведения эксперимента необходимо обладать теоретическими сведениями об объекте исследования, схеме эксперимента ясно представлять объем, характер и порядок выполнения лабораторной работы.

Каждая работа выполняется бригадой в составе двух-трех человек за отдельным стендом. В лаборатории студент знакомится с объектом исследования, необходимой аппаратурой, источником питания, ориентировочно рассчитывает токи и напряжения во всех участках цепи, определяет способы изменения режимов работы и необходимые пределы регулирования, производит выбор средств измерения. Далее следует продумать расположение элементов схемы на рабочем месте. Их следует располагать так, чтобы соединения получились простыми (короткими и с меньшим числом пересечений), приборы были легко доступны, их шкалы не пересекались проводами. Нужно уяснить назначения всех зажимов приборов, органов регулирования, обозначить их место в схеме, например, расположив рядом с ними на столе бумаги с их обозначением. (PV1, PA1, PW, ΔR, L и т.д.). Сначала следует собрать главную токовую цепь начиная от источника пройдя последовательно цепи приборов и через нагрузку вернуться к другому полюсу (зажиму) того же источника . Эту часть схемы можно проверить преподавателем и включить под напряжение. Убедившись, что она работает нормально, ее отключают и подключают вспомогательные (параллельные цепи, вольтметры, цепи напряжения ваттметров и др.). В схемах трехфазного тока, рекомендуется по фазная сборка. Сначала токовых цепей и в конце сборки соединение параллельных цепей. Такая методика обеспечивает наименьшее число ошибок и вырабатывает навыки составления и чтения схем. Сборку схем целесообразно делать поочередно, чтобы все члены бригады усвоили эту работу. Собирать схему должен один член бригады, а проверять ее другой. После этого схема проверяется лаборантом или преподавателем, который осуществляет ее включение, показывая студентам способы и методы управления схемой. В момент включения следует обращать внимание прежде всего на показания амперметров, так как недопустимо большой ток может перегреть элементы цепи и источник. Если окажется, что показания приборов не соответствуют ожидаемым значениям, то схему следует отключить, определить причину и устранить несоответствие. Причиной несоответствия могут быть неправильно собранная схема, неверно выбранный прибор или ошибка расчета ожидаемых показаний приборов. Если показания приборов соответствуют ожидаемым значениям, то дальнейшее управление схемой выполняют студенты.

Отсчет показаний приборов следует производить очень внимательно, аккуратно записывать их значения. При большом количестве приборов целесообразно их разделить на несколько групп между членами бригады, которые будут диктовать показания для записи другим студентом в таблицу наблюений протокола. Форма протокола готовится заранее, дома.

Он должен содержать:

1. Наименование работы, ее номер, дату выполнения и состав бригады;

2. Таблицу «Перечень приборов»;

3. Таблицу «Результаты наблюдений»;

4. Необходимую дополнительную информацию для выполнения рассчетов, построения графиков.

По каждой работе каждым студентом составляется отчет, который должен содержать:

1. Наименование работы, ее номер, дату выполнения, группу и Ф.И.О. студента;

2. Цель работы;

3. Краткие теоретические положения;

4. Схему электрическую принципиальную;

5. Перечень приборов (таблицу);

6. Таблицы с результатами наблюдений, выраженными в единицах измеряемых величин, и вычисленными характеристиками;

7. Пример вычислений;

8. Графики, диаграммы предусмотренные в задании и выполненные по результатам вычислений в соответствующем масштабе с указанием на осях величин и единиц их измерений;

9. Результаты работы следует объяснить, сравнить, обобщить, т.е. сделать выводы.

Отчет подлежит защите и сдаче преподавателю на следующем занятии после выполнения эксперимента.

При выполнении работ следует строго соблюдать правила безопасности.