Разработка методики выполнения измерений активного сопротивления электрическому току

КУРСОВАЯ РАБОТА

по методам и средствам измерений, испытаний и контроля Тема Разработка методики выполнения измерений активного сопротивления электрическому току

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ МВИ

1.1 Формирование исходных данных

1.2 Выбор методов и средств измерений

2. РАЗРАБОТКА ДОКУМЕНТАЦИИ ЛИТЕРАТУРА

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.

РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ЭТАПОВ МВИ

1.1 Формирование исходных данных

Измеряемая величина:

Сопротивление электрического тока

Характеристики измеряемых величин:

Активное сопротивление, кОм, не более…0,1

Относительная погрешность результата

измерения сопротивления, %, не более…1,0

Допустимая мощность рассеивания на сопротивлении, Вт, не более …0,3

Условия измерений:

диапазон температуры окружающего воздуха, К, 288−298

относительная влажность воздуха, % …50 — 80

1.2 Выбор методов и средств измерений

Электрическое сопротивление в цепях постоянного тока может быть определено как косвенным методом — при помощи вольтметра и амперметра, так и прямым — при помощи омметра. Рассмотрим 1-ый способ решения измерительной задачи. На рис. 1 (а и б) показаны два возможных варианта включения измерительных приборов. В первом варианте из показания амперметра нужно вычесть ток, протекающий через вольтметр. При большом значении сопротивления R_х, соизмеримом с внутренним сопротивлением вольтметра R_вх или даже превышающим его, эта поправка значительна.

Во втором варианте из показания вольтметра нужно вычесть падение напряжения на амперметре. Эта поправка значительна при небольших значениях R_х, меньших внутреннего сопротивления амперметра R_а или соизмеримых с ним. В практике схемы, показанные на рис. 1 (а и б), применяют соответственно при небольших и больших значениях R_х, когда указанными поправками можно пренебречь.

Из рассмотренных примеров видно, что поправки могут быть мультипликативными (так называемые поправочные множители), аддитивными, постоянными, закономерно измеряющимися с течением времени, существенными и несущественными (которыми можно пренебречь). Они могут определяться теоретически и экспериментально, представлять собой отдельные числа и функции (задаваемые таблично, графически или с помощью аналитических выражений).

Для примера 2 справедливы соотношения, приведенные ниже.

Значение сопротивления R_х :

для схемы рис.1а: (1)

для схемы рис. 1б: (при R_вх?) (2)

Экспериментально определяемое значение сопротивления находится расчетным путем согласно закона Ома:

(3)

Таким образом, абсолютные поправки к показанию, определенному согласно (3), для схем (а и б) соответственно составляют:

?₁, (4)

?₂ = -R_а. (5)

Поправки алгебраически (с учетом знака) суммируются со значением сопротивления, рассчитанным по выражению (3). Относительная поправка для схемы 1а зависит от соотношения R _вх / R_х :

?₁ = ?₁ / R_х = 1 / [ 1+ (R_вх / R_х)] (6)

Относительная поправка для схемы 1б зависит от соотношения R_х / R_а:

?₂ = - ?₂/ R_х = -1/ (R_х / R_а) (7)

Максимально допустимое абсолютное отклонение показания, определяемого по формуле (3), от измеряемого сопротивления находится по формуле:

? = ?_R R_хэ, (8)

где максимально допустимое относительное отклонение показания от измеряемого сопротивления определяется по формуле:

?_R =, (9)

где ?_I и ?_U — максимально допустимые относительные отклонения показаний используемых средств измерений от измеряемого тока и напряжения, определяемые с учетом классов точности средств измерений, показаний и выбранных пределов измерений. С учетом внесённой поправки ?₁₍₂₎, классов точности средств измерений и полученных показаний можно определить пределы, в которых находится значение измеряемого сопротивления R по формуле:

[R_хэ + ?₁₍₂₎] -? ? R? [R_хэ + ?₁₍₂₎ ] +? (10)

В данном случае задана 0,3 Вт. Вычисляем I и U. Зная предельный ток и предельное напряжение, можно высчитать рабочие ток и напряжение в цепи, которые примерно в 5 раз меньше допустимых значений.

I==54,8 мА I 0.2 *I I10.95 мА

U==5,48 В U0.2* U U1 В

Норма точности % ?_R =

=0.5*0.015А/0,01А=0,75% = 0.5*1В/1В=0,5% ?_R=0,8%

По справочнику выбрала электромеханические приборы класса точности 0,5 и с пределами измерений: I=15мA и U=1,5Вэто 2 мультиметра М2038.

Например: показания в режиме измерения силы тока I= 11 мА, показания в режиме измерения напряжения U= 1,0 В, внутреннее сопрпотивление вольтметра R=3 кОм.

Отсюда: 1) Расчитываю сопротивление по показаниям двух приборов:

R=90,9 Ом=0,09 кОм

2) расчитываю абсолютную поправку =(1/

R

R

Для схемы 1 б):

Рассмотрим 2-ой способ.

Для измерения сопротивления электрического тока порядка 100 Ом, на основании справочных данных, возьмем цифровой мультиметр В7−40. Этот прибор позволяет измерять ещё ряд физических величин. В режиме измерения сопротивления он имеет класс точности 0,15/0,05. Определим относительную погрешность показаний порядка 100 Ом на пределе 200 Ом.

%,

что удовлетворяет нормам точности (%).

Выводы:

В целях минимизации количества СИ, экономии электроэнергии, достижения более точного результата измерения, т.к. с помощью амперметра и вольтметра, невозможно достичь столь точного результата, отдаем предпочтение методу прямых измерений (с помощью цифрового омметра).

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 .

Рис. 3 График зависимости

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

измерение методика напряжение

Методика выполнения измерений

НАПРЯЖЕНИЯ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ НА ВЫХОДЕ РЕЗИСТИВНОГО ДЕЛИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ

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:

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

Получение одного значения отсчёта ;

Определение средневыпрямленного значения показания прибора

В где — скважность.

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

%

Определение пределов, в которых находится значение измеряемой величины.

В

11. Оформление результатов измерений.

Результаты измерений оформляются протоколом.

ПРОТОКОЛ № _______

от «___ «________200__г.

измерений переменного напряжения сложной формы на выходе резистивного делителя напряжения

Применяемые СИ: вольтметр В 7−40 инв. № ____________

Условия проведения

измерений: t _{окр. ср.} ___________^оС

влажность ____________%

Измерения произвел:___________________________

ФИО должность

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

Спектр. Электрические измерения Шишкин И. Ф. Теоретическая метрология. — М.: Высшая школа, 1993

ГОСТ Р 8.563−96 «ГСИ. Методики выполнения измерений»

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

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