ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН АНАЛОГОВЫМИ ПРИБОРАМИ
ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧИИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Предмет и содержание дисциплины. Понятие об измерении физических величин. Особенности электрических измерений. Электрические измерения как средство контроля технологических процессов в автоматическом управлении производственными процессами и в научных исследованиях. Краткий обзор истории развития метрологии и измерительной техники и ее задачи на современном этапе . [1, с.3...10: 2, с.3...11; 3).
Методические указания
Студенты изучают историю развития электроизмерительной техники, значение измерений в науке и технике, перспективы развития теории и практики электрических измерений.
Вопросы для самопроверки
1. Чем обусловлена важная роль измерений в науке и технике?
2. Основные этапы развития электроизмерительной техники.
3. Что изучает метрология?
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ
Понятие измерения. Задачи метрологии. Единицы физических величин.
Международная система единиц /СИ/. Классификация средств измерений. Эталонная база. Метрологическая служба. Виды и методы измерений. Характеристики средств измерений. Структурные схемы средств измерений. [ 1, с.11...39, 2, с.12...45; 3. с.3...30; 4, с.7...17]
Методические указания
Особое внимание следует уделить пониманию терминов и определений измерительной техники. В результате изучения темы студенты должны знать сравнительную классификацию видов /прямые, косвенные, совместные/, методов /непосредственной оценки и сравнения с мерой/ и средств /меры, измерительные преобразователи, приборы, системы/ измерения; основные принципы обеспечения единства измерений в стране; основные характеристики средств измерений; классификацию погрешностей по форме представления, характеру изменения, условиям возникновения. Четко понимать, что представляет собой класс точности прибора и способы его обозначения согласно ГОСТ 8.401-80. Разбираться в структурных схемах средств измерений прямого и компенсационного преобразования, знать их основные погрешности.
Вопросы для самопроверки
4. Дайте определение понятий "измерение", "единица физической величины", "результат измерения", "погрешность измерения".
5. Задачи и структура государственной метрологической службы.
6. В чем отличие прямых, косвенных и совместных измерений?
7. Что такое эталон и какие функции он выполняет?
8. Как передается размер единиц величин от эталона к рабочим средствам измерений?
9. Классификация погрешностей средств измерений.
10. Аддитивные и мультипликативные погрешности. Причины их возникновения.
11. Расчет погрешностей средств измерения прямого преобразования.
12.Расчет погрешностей средств измерения компенсационного преобразования /с замкнутой структурной схемой/.
13. Обозначение классов точности приборов по ГОСТ 8.401-80.
14. Методы измерений. Краткая характеристика.
ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Погрешности измерений. Виды погрешностей. Систематические погрешности прямых измерений и методы их исключения из результата измерения. Систематические погрешности косвенных измерений и их опрееление. Вероятностные характеристики случайных погрешностей. Обработка результатов прямых и косвенных измерений. Суммирование погрешностей. [1, с.39...54; 2, с.45...75; 3, c.31...45; 4, с.17...29]
Методические указания
При изучении темы необходимо помнить, что в общем случае погрешность измерения - отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины - состоит из двух составляющих: систематической и случайной. Систематическая погрешность в процессе измерения остается постоянной или изменяется по известному закону, что позволяет ее определить и исключить из результата измерения. Случайная погрешность изменяется случайным образом от измерения к измерению и может быть определена только в результате математической обработки результатов наблюдений с определенной вероятностью, называемой доверительной.
В результате изучения темы студенты должны знать способы обнаружения систематических погрешностей и методы их исключения, а также законы распределения случайных погрешностей. Уметь находить доверительный интервал погрешностей при нормальном законе распределения погрешностей при большом и малом числе наблюдений, записывать результат измерений в соответствии с требованиями ГОСТ 8.011-72. Знать методику нахождения результатов прямых и косвенных измерений при наличии случайных погрешностей с нормальным законом распределения и как осуществляется суммирование погрешностей.
Вопросы для самопроверки
15. Отличие систематических и случайных погрешностей.
16. Примеры законов распределения случайных погрешностей. Факторы, определяющие законы распределения. Начертить их графики.
17. Определение понятий "доверительный интервал" и "доверительная вероятность".
18. Как определяют доверительный интервал и доверительную вероятность для нормального закона распределения?
19. Как определяют результат и погрешность прямых измерений с многократными наблюдениями?
20. Как определяют результат и систематическую погрешность косвенных измерений?
21. Как определяют суммарную погрешность косвенных измерений?
22. Как оцениваются результаты измерения при малом числе наблюдений?
ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН АНАЛОГОВЫМИ ПРИБОРАМИ
Основные детали и узлы измерительных механизмов. Моменты, действующие на подвижную часть измерительного механизма. Противодействующий момент и способы его создания.
Разновидности электромеханических измерительных механизмов: магнитоэлектрический /обычный и логометрический/, электромагнитный, электродинамический и ферродинамический, электростатический. Конструкции, принцип действия, источники погрешностей, уравнения преобразования. Эксплуатационные характеристики, область применения.
Измерительные преобразователи тока и напряжения. Шунты и добавочные резисторы; компенсация температурных погрешностей. Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Векторные диаграммы. Измерительные трансформаторы постоянного тока. Термопреобразователи. Измерительные выпрямители.
Измерение постоянных и переменных токов и напряжений электромеханическими приборами без преобразователей рода тока.
Измерение переменных токов и напряжений магнитоэлектрическими приборами с преобразователями рода тока. Магнитоэлектрические гальванометры.
Электронные вольтметры постоянного тока. Вольтметры переменного тока амплитудного, среднего и среднеквадратичного значения. Принцип действия, структурные схемы. Эксплуатационные характеристики. Область применения. Погрешности. Измерение угла сдвига фаз, частоты, энергии. [ 1, с.56...148; 2, с.84...180; 3, c.49...96; 4, 0.59-75].
Методические указания
Необходимо рассмотреть и изучить общий принцип действия и устройство измерительных механизмов, получение обобщенного выражения вращающего момента. Вывести уравнение шкалы для всех измерительных механизмов из условия статического равновесия подвижной части. Рассмотреть устройство, конструкцию и назначение узлов и деталей, общих для всех измерительных механизмов.
При изучении измерительных преобразователей необходимо уяснить их назначение, основные расчетные соотношения, источники погрешностей. Знать способы компенсации температурных и частотных погрешностей для шунтов и добавочных резисторов; векторные диаграммы измерительных трансформаторов тока и напряжения, источники погрешностей; область применения и конструкцию трансформаторов постоянного тока; принцип действия, конструкцию и область применения выпрямительных термопреобразователей.
На базе изученного материала по электромеханическим измерительным механизмам и измерительным преобразователям нужно разобраться в преимуществах и недостатках каждого из типов электромеханических приборов для измерения токов, напряжений, угла сдвига фаз, частоты. Усвоить особенности каждой системы, основные источники погрешности, диапазон измерений, способы компенсации погрешностей и расширения диапазонов измерения. Научиться подбирать системы приборов в зависимости от параметров исследуемой цепи.
При изучении материала об электронных вольтметрах следует проанализировать структурные схемы приборов, принцип построения схем с открытым и закрытым входом для постоянной составляющей, для измерения амплитудных, средних и среднеквадратичных значений, расширение пределов измерений, выбор измерительного механизма на выходе схемы.
При изучения гальванометров следует обратить внимание на рассмотрение режимов движения подвижной части и выбор внешнего сопротивления исследуемой цепи.
Вопросы для самопроверки
23. Основные узлы электромеханических приборов и их назначение.
24. Основные характеристики электромеханических приборов.
25. Почему значение противодействующего момента должно зависеть от поворота подвижной части?
26. Почему приборы магнитоэлектрической системы обладают высокой чувствительностью и точностью? Напишите уравнение преобразования.
27. Принцип работы магнитоэлектрического гальванометра.
28. Принцип действия приборов электромагнитной системы, область их применения.
29. Принцип работы приборов электродинамической системы, область их применения.
30. Свойства и область притеснения электростатических приборов.
31. Что такое логометр? Особенности его конструкции. На базе каких измерительных механизмов может быть изготовлен логометр?
32. Принцип действия, характеристики и область применения приборов термоэлектрической системы.
33. Принцип действия и структурные схемы электронных вольтметров.
34 .Схемы "открытого" и "закрытого" по постоянному току входов электронных вольтметров.
35. Принцип действия амплитудного вольтметра.
36. Электронные вольтметры средних и среднеквадратичных значений.
37. Методические погрешности при измерении токов и напряжений.
38. Расширение пределов измерений вольтметров.
39. Расширение пределов измерений амперметров.
40. Компенсация частотных погрешностей электромеханических приборов.
41. Компенсация температурных погрешностей.
42. Какими приборами /какой системы/ измеряют угол сдвига фаз? Приведите схему и поясните ее.
43. Измерение частоты электромеханическими измерительными приборами.
44. Электромеханические ваттметры.