Погрешности измерений. Электромеханические аналоговые приборы

План лекции

1.Виды погрешностей по причине возникновения.

2. Виды погрешностей по числовому выражению. Класс точности приборов.

3. Электромеханические аналоговые приборы.

1. Виды погрешностей по причине возникновения

Погрешность измерения - это отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Под действительным значением понимают величину, которая найдена более точными методами и приборами. Отклонение может быть вызвано влиянием внешних факторов (колебаниями температуры, вибрациями, вешними магнитными и электрическими полями), а также неточностью отсчёта, методической и аппаратурной погрешностями и тому подобными причинами.

В зависимости от характера причин, вызвавших погрешности, их делят на систематические, случайные и промах. Под систематическими погрешностями понимают погрешности, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях одной и той же величины.

Наличие систематической погрешности может быть обнаружено путём анализа условий проведения эксперимента или повторным измерением. Систематическую погрешность можно уменьшить или даже устранить путём введения соответствующих поправок. Примером систематических погрешностей является погрешность градуировки прибора, то есть ошибки в положении делений, нанесённых на шкалу прибора, а также отклонение прибора от нормального положения, которое указывается на шкале прибора. Влияние внешних факторов (например, колебаний температуры, напряжения питания, внешние электрические и магнитные поля) на средства измерения также вызывает появление систематических погрешностей.

Случайные погрешности обнаруживаются при многократном измерении одной и той же величины. Случайные погрешности возникают за счёт причин, которые нельзя точно предсказать. Для учёта влияния случайных погрешностей применяют вероятностные методы обработки результатов измерений.

Промах- это погрешность, которая резко и явно искажает результат измерения. Например, неправильно определена постоянная прибора (цена деления).

2. Виды погрешностей по числовому выражению. Класс точности приборов

По числовому выражению погрешности различают: абсолютную, относительную, приведенную.

Абсолютная погрешность определяется по формуле:

,

где ∆А - абсолютная погрешность; Ах - измеряемая величина; Ад – действительное значение измеряемой величины.

Абсолютная погрешность, взятая с обратным знаком, называется поправкой и обозначается . Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах измерения, что и измеряемая величина.

Точность измерения оценивается относительной погреш­ностью γ_отн, которая определяется по формуле:

Относительная погрешность измеряется в процентах. Точность измерительных приборов оценивается по при­веденной погрешности γ_пр, которая определяется по формуле:

,

где Ан - номинальное значение по шкале прибора.

Наибольшая приведенная погрешность, определенная при нормальных условиях, называется классом точности прибора.

К нормальным условиям относятся:

- температура окружающей среды -20º С или та, что указана на шкале прибора

- рабочее положение прибора, указанное на шкале прибора

- отсутствие внешних магнитных и электрических полей

Класс точности указывается на шкале прибора.

Для того, чтобы узнать соответствует ли прибор своему классу точности, необходимо сделать его поверку. Поверка состоит из четырех операций:

- внешнего осмотра прибора

- выбора образцового прибора

- поверки показания прибора

- документального оформления протокола.

Внешний осмотр прибора выявляет следующие дефекты: повреждение стекла, корректора, стрелки и так далее.

Выбор образцового прибора производится по роду тока, его номинальной величине, классу точности. При выборе образцового прибора по его номинальной величине необходимо, чтобы его верхний предел измерения был равен или близок к верхнему пределу измерения поверяемого прибора. При выборе образцового прибора по классу точности необходимо обратить внимание на то, чтобы его класс точности был на порядок выше, чем у поверяемого прибора.

Поверке подлежат все основные (оцифрованные) деления шкалы. Стрелки приборов устанавливают на нулевые деления шкалы, сто отмечается в таблице как первое наблюдение. После этого схему включают под напряжение и при помощи регулирующих устройств изменяют ток или напряжение так, чтобы стрелка поверяемого прибора последовательно устанавливалась над каждым основным делением шкалы, при этом производится запись показаний обоих приборов.

По результатам поверки оформляется протокол и при необходимости прикладывается кривая поправок.

Кривая поправок – это зависимость между поправкой и измеряемой величиной.

В зависимости от изменения во времени измеряемой величины различают статическую и динамическую погрешности.

Статическая погрешность – это погрешность, возникающая при измерении постоянной во времени величины.

Динамическая погрешность – это погрешность, возникающая при измерении переменной во времени величины.

3. Электромеханические аналоговые приборы

Структурная схема прибора. Моменты, действующие в измерительном механизме прибора. Уравнение шкалы прибора.

Структурная схема (рисунок 10.1) электромеханического прибора состоит из измерительной цепи (ИЦ), измерительного механизма (ИМ) и отсчётного устройства (ОУ).

Ax – измеряемая величина, Y - промежуточная электрическая величина, непосредственно влияющая на измерительный механизм, α – угол отклонения подвижной части ИМ относительно неподвижной.

Рисунок 10.1

Измерительная цепь служит для преобразования измеряемой величины в другую, непосредственно влияющую на ИМ, к ней относятся выпрямители, шунты, делители напряжения.

Измерительный механизм состоит из двух частей: подвижной и неподвижной. В нём происходит преобразование электрической энергии в механическую, необходимую для углового перемещения его подвижной части относительно неподвижной.

На подвижную часть ИМ при её движении действуют вращающий момент ( ), противодействующий момент ( ), и момент успокоения ( ).

Вращающий момент – это момент, возникающий в ИМ под действием измеряемой величины и поворачивающий подвижную часть ИМ в сторону возрастающих показаний.

Для ИМ электромеханических приборов может быть написано общее выражение вращающего момента, вытекающее из уравнения Лагранжа второго рода, являющееся общим уравнением динамики системы:

,

где – энергия электромагнитного поля, сосредоточенная в ИМ; α – угол отклонения подвижной части ИМ относительно неподвижной

Противодействующий момент создаётся для того, чтобы угол отклонения зависел от измеряемой величины. Он создаётся с помощью спиральной пружины, один конец которой крепится к подвижной части ИМ, а другой закрепляется к неподвижной части прибора.

Противодействующий момент определяется по формуле:

,

где - удельный противодействующий момент на единицу закручивания; пружины (зависит от материала и геометрических размеров пружины).

При условии поворот подвижной части, а, следовательно, и стрелки прекращается, и устанавливается какое-то значение угла поворота, соответствующее измеряемой величине.

Момент успокоения обусловлен инерцией подвижной части ИМ и сопротивлением окружающей среды.

Момент успокоения определяется по формуле:

,

где Р – коэффициент успокоения; - угловая скорость подвижной части ИМ.

Отсчётное устройство состоит из жесткого указателя (стрелки) и шкалы, служит для определения числового значения измеряемой величины. Стрелка жёстко связана с подвижной частью ИМ. Зависимость между углом отклонения и измеряемой величиной называется уравнением шкалы прибора.

Метрологическими характеристиками называют характеристики средств измерений, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений. Метрологические характеристики нормируются, то есть им предписываются определённые числовые значения для данного вида (типа) средств измерений, работающих в определённых условиях.

К ним относятся: пределы измерений (предельные значения по шкале прибора), чувствительность, быстродействие.

Постоянная прибора и его чувствительность. Постоянная прибора ( цена деления) – это отношение изменения измеряемой величины к изменению угла отклонения. Величина обратная постоянной прибора называется чувствительностью.

Общие узлы и детали электромеханических приборов.Корпус прибора защищает измерительный механизм от внешних воздействий (пыль, влага, газ). Корпусы приборов изготавливают из пластмассы. Размеры и формы различны.

Отсчётное устройство состоит из жесткого указателя (стрелки) и шкалы, стрелка, изготовленная штамповкой из листового алюминия, жёстко связана с подвижной частью измерительного механизма. Для уменьшения погрешности измерения стрелка имеет противовесы, вес которых равен весу стрелки. Они служат для того, чтобы центр тяжести совпадал с центром вращения стрелки. Шкала градуируется либо в единицах измерения, либо в делениях. По начертанию шкалы различают прямолинейные (горизонтальные и вертикальные), дуговые (при дуге до 180 градусов включительно) и круговые (при дуге от 180 до 360 градусов).

По характеру расположения отметок различают шкалы равномерные и неравномерные, односторонние и двусторонние. В лабораторных приборах (более высокий класс точности) шкалу делают зеркальной, отсчёт по шкале производят при совпадении стрелки с её изображением в зеркале.

Подвижная часть прибора жёстко крепится на оси. Ось представляет собой полую алюминиевую трубку. Существуют полуоси – две алюминиевые трубки, разделённые диэлектриком. Для обеспечения свободного перемещения ось устанавливают на опорах и растяжках (рисунок 10.2).

Опора (рисунок 10.2, а) состоит из керна 1 и подпятника 4. Керн представляет собой отрезок стальной проволоки, заточенный с одной стороны на конус. Он упирается в подпятник с вкладышем 2. из твёрдого материала (агат, корунд), в котором сделано коническое углубление. Зазор между керном и подпятником регулируется стопорным винтом 3. Недостаток - за счёт трения вносится погрешность в результат измерения.

Рисунок 14.2

Установка на растяжках показана на рисунке 10.2, б при такой установке устраняется погрешность за счёт трения. Растяжки 10 представляют собой две тонкие упругие ленты из бронзового сплава. Один конец растяжки крепится к подвижной части 11, а другой к неподвижным деталям приборам через плоские пружины 9 и 12, расположенным во взаимно перпендикулярных плоскостяхДля того, чтобы любой электроизмерительный прибор обеспечил требуемую точность измерений, необходимо, чтобы отклонение подвижной системы прибора определялось только вращающим моментом, создаваемым катушкой и противодействующим усилием пружины 8. Для устранения влияния силы тяжести, создающей погрешности при измерениях, подвижную систему прибора (рисунок 10.2,а) уравновешивают противовесами 5. Корректор служит для установки стрелки в нулевое положение, он состоит из винта 6, находящегося на корпусе, и паводка 7.

Успокоители. При условии подвижная часть совершает колебания относительно положения полного равновесия. Необходимая степень успокоения достигается с помощью успокоителей ( рисунок 10.3 ), различают воздушные (а) и магнитоиндукционные успокоители (б).

Рисунок 10.3

Воздушный успокоитель состоит из камеры (2) и пластины из алюминия (1) , соединённой с подвижной частью. Упокоение происходит за трения о воздух. Достоинство – нет электромагнитных полей. Недостаток – сложность конструкции, малая надёжность.

Магнитоиндукционный успокоитель состоит из постоянного магнита (3) и алюминиевой пластины (4), момент успокоения создаётся в результате взаимодействия магнитного поля постоянного поля и вихревых токов, возникающих в алюминиевой пластине. Достоинство- надёжность, недостаток - сложность конструкции.

Дата добавления: 2014-10-10; просмотров: 586; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!