Выбор средств измерений
Правильный выбор средств измерений (СИ) 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 величины (
),
· доверительную вероятность появления этой погрешности (Рд=0,95),
· Закон распределения погрешностей как случайных величин,
· скорость изменения значения величины,
· климатические, механические и химические условия выполнения измерений;
а также к средству измерения:
· защищенность от влияющих величин, (электромагнитного, теплового излучений…) и допустимые условия применения прибора,
· 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.
1. Рассмотрим некоторые основные факторы позволяющие удовлетворять требования к измерительной информации, которые следует учитывать при выборе средств измерений.
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 измерить, 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 xн – измеряемое значение величины нормированное значение шкалы СИ.
Учитывая, что рабочим участком шкалы в данном случае является ее вторая половина, следует записать, что xн=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 измененное 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 измерения, выбрать оптимальный план его проведения, методику и средства измерений, способы регистрации показаний приборов, а так же методику математической обработки показаний приборов, так называемых наблюдений, с целью получения результатов измерений. Весьма важно, до эксперимента, на основании имеющихся теоретических сведений об объекте измерения (модели объекта) рассчитать ожидаемые показания приборов. Используемые средства измерения следует занести в таблицу 3.
Таблица 3 - Перечень приборов
Наименование прибора | Группа (система) | Пределы измерений | Класс точности | Число делений | Заводской номер |
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
Поверяемый прибор, Показание в единицах измеряемой величины, xп | Рабочий эталон, отсчет по шкале делений/предел измерений эталона | |
Со стороны больших значений (вниз по шкале), хэб | Со стороны меньших значений (вверх по шкале), хэм | |
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 измерения, например, (57д/5 А). 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 легкодоступны для обозрения, 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. С начала 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 получили определенный опыт. 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 наблюдений протокола. Форма протокола готовится заранее, дома и он составляется один на бригаду.
Протокол 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 расчетов, построения графиков.
По 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 из меряемых величин, и вычисленными параметрами;
7. Пример вычислений;
8. Графики, диаграммы, предусмотренные в задании и выполненные по результатам вычислений в соответствующем масштабе с указанием на осях обозначений величин и единиц их измерений;
9. Результаты работы следует объяснить, сравнить, обобщить, т. е. сде лать выводы.
Отчет подлежит защите и сдаче преподавателю на следующем занятии после выполнения эксперимента.
При выполнении работ следует строго соблюдать правила безопасности.
2.2 Требования безопасности
На первом лабораторном занятии студенты знакомятся с инструкцией по охране труда и технике безопасности в лаборатории и получают инструктаж от преподавателя. О чем делается запись в контрольном листе инструктажа студентов по технике безопасности, где расписываются все лица - проводившие и получившие инструктаж.
Во время работы должны быть соблюдены «Правила эксплуатации электроустановок и потребителей» «Межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации электроустановок», а также ГОСТ 12.4.113. «Работы учебные лабораторные. Общие требования безопасности», ГОСТ 12.3.019 «Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности».
К выполнению лабораторных работ допускаются студенты прошедшие инструктаж, а нарушившие Правила отстраняются от работы, подвергаются внеочередному инструктажу и привлекаются к ответственности.
Глава 3. Правила оформления отчета
3.1 Изложение текста
3.1.1 Все страницы отчета выполняются на одной стороне белой бумаги формата А4 (210*297) одним из следующих способов[12]:
- рукописным;
- с использованием персонального компьютера (ПК) в тексто - вом редакторе Microsoft Word for Windows.
3.1.2 Текст отчета выполняют, соблюдая следующие размеры полей: правое – 10 мм., остальные 20 мм.
3.1.3 При выполнении текста с помощью ПК выбирать шрифт Times New Roman, размер (кегль) не менее 12, стиль – обычный, цвет черный и устанавливать автоматический перенос слов (Сервис – Язык – Расстановка - Автоматическая).
3.1.4 Страницы отчета следует нумеровать арабскими цифрами, соблюдая сквозную нумерацию по всему тексту. Номер страницы проставляют в центре нижней (допускается верхней) части листа без точки.
Титульный лист включают в общую нумерацию страниц. Номер страницы на титульном листе не ставят.
Пример выполнения титульного листа приведен в приложении Ж.
3.1.5 Опечатки, описки допускается исправлять закрашиванием белой краской нанесением на том же месте исправленного текста рукописным способом.
3.1.6 Заголовки структурных элементов отчета следует располагать в середине строки и печатать прописными буквами, а наименования разделов – печатать с абзацного отступа (12 мм) с прописной буквы. В конце заголовков точку не ставят и их не подчеркивают.
3.1.7 При изложении обязательных требований в тексте должны применяться слова «должен», «следует», «необходимо», «требуется чтобы», "разрешается только", «запрещается». При изложении других положений следует применять слова – «могут быть», «как правило», «при необходимости», «может быть», «в случае» и т. д.
При этом допускается использовать повествовательную форму изложения, например, «применяют», «указывают» и т. п.
В документах должны применяться научно-технические термины, обозначения и определения, установленные стандартами.
В тексте документа не допускается применять обороты разговорной речи, жаргоны, а также иностранные слова и термины при наличии равнозначных терминов в русском языке.
3.1.8 В тексте документа, за исключением формул, таблиц и рисунков, не допускается:
- применять математический знак минус (-) перед отрицательными значениями величин (следует писать слово «минус»);
- применять знак «Ø» для обозначения диаметра (следует писать слово «диаметр»). Знак «Ø» следует использовать только на чертежах, перед размерным числом;
- применять без числовых значений математические знаки, например, ± , ≤ , ≥ , ≠ ,~ , > , % , № и другие;
- применять категории и индексы стандартов (ГОСТ, ГОСТ Р, ТУ) без их регистрационного номера.
3.1.9 Числовые значения величин с обозначением единиц величин или единиц счета следует писать цифрами, а числа без обозначения единиц от единицы до девяти – словами (провести испытания пяти труб длиной 5 м).
3.2 Применение единиц величин
3.2.1 В отчете следует применять единицы величин Международной системы единиц (SI). Их наименования, обозначения, правила образования десятичных кратных и дольных единиц, а также правила написания наименования и обозначений, перечень внесистемных единиц, допускаемых к применению, приведены в ГОСТ 8..
Допускаются к применению наравне с единицами SI следующие внесистемные единицы:
· Время – минута, час, сутки;
· Плоский угол – градус, минута, секунда;
· Энергия – электрон-вольт, киловатт-час;
· Полная мощность – вольт-ампер;
· Реактивная мощность – вар;
· Электрический заряд, количество электричества – ампер - час;
· Масса – тонна;
· Объем, вместимость – литр;
и некоторые другие. Например, относительные (процент, промилле…) и логарифмические (бел, октава, непер…) единицы.
Временно допускаются к применению внесистемные единицы, такие как частота вращения - оборот в секунду и оборот в минуту, давление - бар, масса - карат и др.
3.2.2 Впервые получили статус законных единицы количества информации – бит, байт, используемые при обработке, хранении и передаче результатов измерений величин и других данных. Причем исторически сложилась такая ситуация, что с наименованием «байт» использовали и используют приставку 210 =1024, которую следует обозначать прописной буквой «К», т. е. 1 Кбайт = 1024 байт. Если ошибочно использовать строчную букву «к» в качестве приставки, используемую для образования кратных единиц SI, то получим, что 1кбайт = 1000 байт, и потеряем связь с двоичной системой исчисления.
3.2.3 Для удобства практического применения числовых значений единиц SI используют приставки, которые подразделяют на кратные – больше 1 (… кило, мега …) и дольные – меньше 1 (… мили, микро … ). Приставку или ее обозначение следует писать слитно как с наименованием, так и с обозначением единицы. Выбирать приставку следует такую, чтобы числовое значение кратной и дольной единицы было обозримым, т. е. находилось в диапазоне чисел от 0,1 до 1000.
3.2.4 Буквенные обозначения единиц измерения печатают прямым шрифтом. В обозначениях единиц точку как знак сокращения не ставят. Обозначения единиц помещают за числовым значением величин через пробел в одну строку с ними. Например, десять Ом правильно писать– 10 Ом, а неправильно – 10Ом.
3.2.5 При указании значений величин с предельным отклонениями их числовые значения заключают в скобки и обозначения единиц помещают за скобками (220±5) В, или проставляют обозначение единицы и за числовым значением величины за ее предельным отклонением (100 А ± 1 А).
Буквенные обозначения единиц входящих в произведение, отделяют точкой на средней линии, как знак умножения (кВт·ч). В буквенных обозначениях отношений единиц в качестве знака деления используют только одну косую или горизонтальную черту.
Обозначения единиц величин названных в честь ученных пишут с прописной (большой) буквы, остальные – со строчной (малой).
3.3 Написание формул
3.3.1 В формулах в качестве символов величин следует применять обозначения, установленные стандартами, например, ГОСТ 1494 «Электротехника. Буквенные обозначения основных величин».
В качестве обозначений величин должны применяться буквы латинского и греческого алфавитов при необходимости с индексами. Буквы должны выполняться наклонным шрифтом (курсивом)– U, I, R, t. Для указания векторного характера величины буква печатается полужирным шрифтом, либо над ней помещается стрелка (черточка). Обозначения единиц измерений пишется прямым шрифтом (В, А, Ом, с)
Значения величин, изменяющиеся во времени, например, по синусоидальному закону, следует обозначать следующим образом:
· мгновенное – строчными буквами (i, u и т. д.)
· действующее – прописными буквами (I, U и т. д.*)
· амплитудное – прописными буквами с индексом m (Im, Um и т. д.)
* Для мощности и энергии прописными буквами обозначается их среднее значение.
3.3.2 Пояснение символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу, если они не пояснены ранее в тексте, должны быть приведены непосредственно под формулой. Пояснение каждого символа следует давать с новой строки в той последовательности, в которой символы приведены в формуле. Первая строка пояснений должны начинаться со слова «где» без двоеточия после него [14]:
Пример. Сопротивление вычисляют по формуле
(1)
где R – сопротивление участка цепи, Ом;
U – напряжение на этом участке цепи, В;
I – ток, протекающий через этот участок цепи, А.
Ссылки в тексте на порядковые номера формул дают в скобках, например, … в формуле (1).
3.3.3 Числовые значения величин при подстановке их в формулу следует располагать соответственно месту расположения символов. Например, если а = 1, b = 2, c = 3, d = 4, то
.
Для написания формул рекомендуется использовать программные обеспечения Equation Editor MS-Word, Mathcad, Math Type и т. д. , кроме того допускается их вписывать вручную.
3.4 Оформление диаграмм
Для иллюстрации функциональной зависимости двух или более переменных величин используют диаграммы, правила выполнения которых изложены в рекомендациях Р .
В прямоугольной системе координат независимую переменную следует откладывать по оси абсцисс (горизонтальной), а значения функции по оси ординат (вертикальной).
Оси координат следует заканчивать стрелками за пределами шкал или обозначать самостоятельными стрелками после обозначения величины параллельно оси координат. Стрелки указывают направление возрастания значений величин. Каждая ось должна быть снабжена шкалой, наименованием физической величины и (или) ее обозначением, а так же обозначением единицы измерения. Масштабы шкал осей следует выбирать так, чтобы наиболее информативная часть графика располагалась под углом примерно 45º к осям, что обеспечивает наименьшую погрешность считывания значений. С этой же целью допускается начинать шкалу не с нулевой отметки.
Экспериментальные точки должны быть обозначены на графике кружком, крестиком, треугольником и т. д. Допускается рядом с ними указывать числовые значения координат.
3.5 Построение таблиц
Для лучшей наглядности и удобства сравнения показателей цифровой материал оформляют в виде таблиц, которые по форме должны соответствовать ГОСТ 2.105-95. Таблицы следует нумеровать арабскими цифрами, при этом знак № не употребляется. Над таблицей на уровне ее левого края без абзацного отступа пишется «Таблица _____ _____________».
номер наименование таблицы
Наименование таблицы следует помещать в одну строку с ее номером через тире. Графу «Номер по порядку» в таблицу включать не допускается. При необходимости нумераций показателей, параметров строк их порядковые номера следует указывать в первой графе таблицы непосредственно перед их наименованием. Заголовки граф и строк таблицы следует писать с прописной (большой) буквы в единственном числе. В конце заголовков точки не ставят.
Таблицу следует располагать непосредственно после текста, в котором она упоминается впервые или, на следующей странице. На все таблицы должны быть ссылки в тексте. При ссылке следует писать слово «таблица» с указанием ее номера.
Если, все показатели, приведенные в графах таблицы, выражены в одной и той же единице величины, то ее обозначение необходимо помещать над таблицей справа, только один раз. Если в графах или строчках приведенные величины выражены в разных единицах, то их обозначения следует указывать после наименования графы или строки через запятую.
Для сокращения текста заголовков граф отдельные понятия заменяют буквенными обозначениями, установленными ГОСТ 2.321 и ГОСТ 1.494, если они пояснены в тексте, например, U1 – напряжение на сопротивление R1.
3.6 Требования к схемам, рисункам
Чертежи, схемы должны соответствовать требованиям государственных стандартов единой системы конструкторской документации (ECКД), которая имеет код «два» например, ГОСТ 2.755, ГОСТ 2.708, ГОСТ 2.114 и т. д.
Они должны быть расположены после текста, в котором упоминаются впервые. Под схемой посреди строки располагают слово «Рисунок», его номер и наименование, например: Рисунок 1 – Схема прибора. Точка в конце наименования не ставится.
На электрических схемах около каждого элемента указывают его позиционное обозначение, установленное соответствующими стандартами, а при необходимости, номинальное значение величины. Для элементов являющимися органами регулировки или настройки в подрисуночном тексте указывают их обозначение, назначение и надписи на соответствующей панели.
Подрисуночный текст располагают между схемой и словом «Рисунок».
При ссылках на схему в тексте следует писать «… в соответствии с рисунком 2».
Поверочная схема средств измерений.
На схеме обозначены:
1 – государственный национальный эталон;
2 – метод передачи размера единиц; (поверка)
3 – эталон вторичный;
4 – эталон-свидетель;
5 – эталон-копия;
6, 7, 8 – рабочие эталоны соответствующих разрядов;
9 – рабочие эталоны, заимствованные из других поверочных схем;
10 – рабочие средства измерения.
Градуированная характеристика в виде таблицы
и в виде графика
|
|
Приложение Ж
(рекомендуемое)
Пример выполнения титульного листа отчета по лабораторной работе.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Северо-Кавказский горно-металлургический институт
Кафедра Теоретической электроники и электрических машин лаборатория метрологии и электрических измерений
ОТЧЕТ
По лабораторной работе №__
________________________________________________________________
(название работы)
По дисциплине___________________________________________________
(наименование)
Выполнил
студент группы ____________ _____________ _____________
обозначение подпись Ф. И.О.
Принял
преподаватель ____________ _____________ _____________
уч. звание подпись Ф. И.О.
г. Владикавказ 2013
Приложение И
Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах (по ГОСТ 2.710-81)
Устройство и элементы | Буквенный код |
Выключатели и разъединители в силовых цепях | Q |
Выключатель автоматический | QF |
Разъединитель | QS |
Резисторы | R_(r) |
Потенциометр | RP |
Шунт измерительный | RS |
Устройства коммутационные в цепях управления, сигнализации, измерительных, общее обозначение | S |
Выключатель и переключатель | SA |
Выключатель кнопочный | SB |
Тр-ры, автотр-ры | T |
Тр-р тока | TA |
Тр-р напряжения | TV |
Двигатели | M |
Приборы, измерительное оборудование | P |
Амперметр | PA |
Вольтметр | PV |
Ваттметр | PW |
Счетчик активной энергии | PI |
Счетчик реактивной энергии | PK |
Счетчик импульсов | PC |
Омметр | PR |
Часы, измеритель времени | PT |
Фазометр | Pφ |
Частотометр | PF |
Регистрирующий прибор | PS |
Генераторы, источники питания, кварцевые генераторы | G |
Батарея гальванических эл-ов, аккумуляторов | GB |
Конденсаторы | C |
Датчик скорости | BV |
Датчик частоты вращения, тахогенератор | BR |
Датчик давления | BP |
Катушки индуктивности, дроссели | L |
Устройства индукционные и сигнальные | H |
Приборы звуковой сигнализации | HA |
Реле, контакторы, пускатели | K |
Реле электротепловые | KK |
Реле времени | KT |
Контактор, магнитный пускатель | KM |
Приложение К - Обозначения условные графические в схемах в соответствии с седьмой группой стандартов системы ЕСКД, (ГОСТ 2.7ХХ - )
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
