Метрологические характеристики контрольно-измерительных инструментов

Чувствительные элементы могут быть выполнены:

1) твердыми - в виде различных брусков, трубок, проволок, пленок с определенными размерами и формой сечения;

2) жидкими;

3) газообразными - в виде объема, заключенного в камеру с определенными размерами и конструкцией.

Электроды ЧЭ выполняются в виде колпачков, выводов из высоко электропроводных материалов (серебро, медь, платина, золото и др. - это так называемые омические электроды) и полупроводниковых материалов (германий, кремний легированных примесями - инжекционные электроды). Для электрической изоляции токоведущих частей и ЧЭ используются изоляционные материалы: асбест, слюда, фарфор, кварц, стекло и др.

Обычно ЧЭ размещается на базовом элементе - каркасе. Для защиты от внешних влияющих факторов используются защитные элементы в виде чехлов и специальных покрытий, кожухов, оболочек.

Основные характеристики РИП:

1) уравнение преобразования R = f(x);

2) чувствительность к входной величине S = dR/dx;

3) начальное значение сопротивления R0 (обычно при Т = 0 или 20 0С);

4) диапазон преобразования;

5) погрешность.

Наиболее часто применяемые группы резистивных преобразователей - реостатные.

Реостатные преобразователи

Реостатные преобразователи представляют собой регулируемые омические сопротивления специального изготовления. Естественной входной величиной реостатного ИП является перемещение (линейное или угловое), выходной - сопротивление.

По конструкции реостатные ИП можно разбить на три группы:

1) реохордные ИП;

2) ИП со ступенчатой характеристикой;

3) нелинейные ИП.

Реохордные преобразователи представляют собой натянутую проволоку, по которой перемещается движок.

Характеристика преобразования такого ИП линейная.

Реостатные ИП со ступенчатой характеристикой выполняются из провода диаметром 0,02 - 0,1 мм, намотанного с равномерным шагом на каркас, по которому перемещается подвижная токосъемная щетка 3 (движок).

Число витков реостатного ИП обычно не менее 100.

Каракасы могут выполняться в виде пластин, цилиндра, кольца и др.

Изменение сопротивления реостатного преобразователя при перемещении подвижного контакта достигает 90 % от номинального сопротивления.

Выходное сопротивление R реостатного преобразователя в зависимости от перемещения движка Х может быть определено из выражения

Х

R = R1n0p dx

0

где R1 - сопротивление одного метра провода; n0 - число витков на единицу длины преобразователя; р - периметр каркаса.

Нелинейные реостатные ИП можно получить, выбирая соответствующую форму каркаса (рис. 1 в). Например, для получения определенной нелинейной зависимости можно применить фигурные каркасы, сечение которых изменяется по длине, а толщина b каркаса остается постоянной.

Нелинейную зависимость позволяют получить преобразователи со ступенчатым каркасом. Такое выполнение каркаса обеспечивает кусочно-линейную аппроксимацию требуемой зависимости.

Для изготовления реостатных ИП используются провода из манганина, константана, нихрома, фехраля. Использование микропровода позволяет получить реостатные ИП размером 5 х 5 мм. В ответственных случаях используются провода из сплава платины с иридием (90 % Pt + 10 % Ir). Каркасы выполняются из текстолита, пластмассы, алюминия. Движок (щетка) выполняется либо из двух-трех проволочек из сплава платины с иридием или с бериллием, или в виде пластинчатых щеток из серебра или фосфористой бронзы.

Тензорезистивные ИП.

Принцип действия тензорезистивных ИП основан на явлении тензоэффекта, который заключается в изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников при их деформации (т. е. при изменении размеров).

Зависимость удельного сопротивления материала тензорезистора от деформации l выражается формулой

= 0(1+ Пl),

где 0- удельное сопротивление при l = 0; П - деформационный коэффициент сопротивления определяемый как:

П = /l = (/)/(l/l)

При линейной деформации образца квадратного или круглого сечения происходит изменение его размеров и в поперечном направлении, причем изменение длины связано с изменением поперечного размера и эта связь характеризуется коэффициентом Пуассона

= - b/l = - (b/b)/(l/l),

где b - поперечный размер; b - относительная поперечная деформация.

Изменение удельного сопротивления материала и размеров образца при деформации l вызывает изменение его сопротивления, которое находится по формуле

R = R0(1 + 2+ П)l,

где R0 - начальное сопротивление.

Одной из характеристик тензорезистивного ИП является коэффициент тензочувствительности К, который представляет собой отношение относительного изменения сопротивления R/R0 тензопреобразователя к величине относительной деформации l/l. Используя (5.16) получим

K =R/l = (R/R)/(l/l) = 1 + 2 +П.

Для металлов коэффициент Пуассона 0,24 0,5, деформационный коэффициент П 0,2-0,6 [15] и коэффициент тензочувствительности К 2.

Для жидкостей п = 0 (объем не изменяется в процессе деформации), = 0,5, поэтому КЖИД = 2.

Для проводниковых тензорезистивных ИП, так как (1 + 2) значительно больше, чем П, можно считать, что К = (1 + 2) [10].

Для образцов из полупроводниковых материалов П >> , поэтому К П и коэффициент тензочувствительности достигает значения 120 и более, причем знак К может быть как положительным, так и отрицательным. Тензочувствительность полупроводниковых тензодатчиков в 50-100 раз больше, чем у металлических.

Материалы тензорезистивных ИП и требования к ним.

Материалы тензорезистивных ИП (тензопреобразователей) должны характеризоваться: большим значением коэффициента тензочувствительности; большим значением удельного сопротивления; малым значением ТКС; отсутствием термоЭДС в контактах; линейностью зависимости R = f(l).

В качестве материалов используются проводниковые и полупроводниковые материалы.

Трансформаторный преобразователь с вольтметром.

Трансформаторный преобразователь представляет собой трансформатор, у которого под воздействием входного сигнала изменяется взаимная индуктивность, что приводит к изменению воричного, выходного напряжения.

Различают два вида трансформаторных преобразователей: с изменяющимся магнитным сопротивлением и с постоянным магнитным сопротивлением и подвижной обмоткой. Мы использовали первый вид дифференциального типа.

Функция преобразования дифференциального датчика:

E=k*U1*delta(b)/bo

где k - соотношение числа витков обмоток (во сколько раз число витков вторичной обмотки больше числа витков первичной обмотки), U1 - питающее напряжение трансформатора, delta(b) - смещение якоря относительно его среднего положения, bo - среднее положение якоря (первичный зазор между якорем и датчиком).

Для малых b функция преобразования достаточно линейна.

Вторичное напряжение трансформаторного преобразователя может быть измерено любым вольтметром (шкала которого проградуирована на миллиметры, например) переменного тока с соответсвующим пределом измерения. Эта схема отличается простотой, но применяется редко, поскольку напряжение U2 и, следовательно, показания прибора зависят от первичного напряжения (нашей же модели все равно!). Кроме того, погрешность зависит от тока поребляемого вольтметром.

Положение якоря задается бегунком.

МЕТОДЫ ПОВЕРКИ АНАЛОГОВЫХ ПРИБОРОВ

Цель работы:

4. Изучить принцип действия и метрологические характеристики мультиметров;

5. Ознакомиться с методикой выполнения поверки средств измерений;

6. Получить навыки самостоятельной работы мультиметрами.

Порядок выполнения и методические указания:

4. Ознакомиться с методическими указаниями по выполнению лабораторной работы и рекомендованной литературой.

5. Изучить основные теоретические положения. Рассмотреть следующие вопросы:

§ Определение мультиметра;

§ Принцип работы аналоговых и цифровых приборов;

§ Проверка резисторов;

§ Проверка конденсаторов.

6. Оформить отчет по выполнению лабораторной работы.

Содержание отчета:

Отчет по работе должен содержать следующие данные:

Наименование работы.

Цель работы.

Краткие теоретические положения по теме.

Оформление выполненных замеров.

Формулировка практической значимости освоенных знаний.

Выводы и предложения по теме.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Поверка средств измерений -- совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) с целью определения и подтверждения соответствия характеристик средства измерения установленным требованиям.

Поверочная схема для средств измерений -- нормативный документ, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы отэталона рабочим средствам измерений (с указанием методов и погрешности при передаче).

Поверка электронных аналоговых и цифровых вольтметров и амперметров

При поверке вольтметров и амперметров определяют следующие метрологические характеристики:

- диапазон и основную погрешность измерения постоянного напряжения или тока (для вольтметров или амперметров постоянного тока);

- диапазон и основную погрешность в нормальной и расширенной областях частот при измерении переменного напряжения или тока (для вольтметров или амперметров переменного тока);

- основную погрешность в нормальных и в рабочих областях временных параметров импульсов (для импульсных вольтметров)

Предпочтительным с точки зрения производительности измерений является метод прямых измерений поверяемым электронным вольтметром значений напряжения или тока (постоянного или переменного), воспроизводимых эталонной поверочной установкой или калибратором напряжения и (или) тока.

При отсутствии поверочных установок соответствующего диапазона частот, форм сигнала и (или) уровней напряжения, а также при необходимости получения более высокой точности поверки, рекомендуется использовать метод непосредственного сличения показаний эталонного и поверяемого вольтметров, подключенных к источнику измеряемого напряжения параллельно или через эталонный делитель напряжения.

Установка У-300 представляет собой регулируемый источник стабильного постоянного и переменного (50 Гц) тока (I=, I~) и напряжения (U=, U~), предназначенный для питания амперметров и вольтметров класса точности 1,0 и менее точных при их поверке.

Перед началом поверки необходимо установить нормальные условия работы средств измерения. После установления нормальных условий необходимо собрать поверочную схему, приведенную на рис. 1:

Рисунок 1 - Поверочная схема

Определение времени установления показаний ПП

Таблица 1 - Результаты определения времени установления показаний поверяемого прибора (ПП)

Без применения измерительных инструментов не обходится измерение сопротивления, напряжения, тока, и даже рядовая проверка провода на обрыв.

Амперметром меряют силу тока ,напряжение измеряют вольтметром, , омметром проводят проверку сопротивления, мультиметр - это иснтрумент, который является универсальным прибором для замеров тока ,напряжений и сопротивления. Вольтметр+Омметр + амперметр = мультиметр.

В продаже бывают два основных типа мультиметров: цифровой и аналоговый.

Цифровой мультиметр.

Основное отличие от аналогового мультиметра это, то что итоги замеров показываются на жидкокристаллическом экране (дисплее). Ко всему прочему цифровые мультиметры имеют более высокую точностью и отличаются простотой эксплуатации, потому что не нужно понимать все тонкости градуирования измерительной шкалы, как в стрелочных приборах.

Аналоговый мультиметр

В аналоговом мультиметре итоги замеров видны по перемещению стрелки по измерительной шкале, на которой написаны значения: сопротивление ,напряжение, ток. На некоторых приборах шкала сделана не очень удобно и для новичков измерение может вызывать некоторые затруднения при измерениях. Доступная цена объясняет известность аналоговых мультиметров, а главный недочет это чуть большая (по сравнению с цифровыми) погрешность замеров. В аналоговых мультиметрах для более точной подстройки существует специальный построечный резистор,регулируя который добиваются несколько большей точности. И всё же в тех случаях, когда необходимы более точные измерения, лучше использовать цифровой прибор.

Все мультиметры обладает двумя выводами черного и красного цвета, и от двух до четырех гнезд (на старых российских еще больше). Обычно черный вывод это общий (масса). Для измерений же используют красный, который называют потенциальным выводом. У гнезда для общего вывода обычно написано com или просто (-) т.е. минус, а на выводе на конце крепят "крокодильчик", так как при замерах в этом случае удобно зацепиться за массу электронной схемы. В гнездо, помеченное символами сопротивления ,вольты или плюс (ft, V или +) вставляется красный вывод, а при случае когда гнезд больше чем два, то другие обычно служат для красного вывода при замерах тока. Отмечены как A (ампер), mA (миллиампер), соответственно 10A или 20A.

Приделы для измерений позволяет выбрать переключатель мультиметра. К примеру, самый простой стрелочный тестер:

* Постоянное (DCV) и переменное (ACV) напряжение: 10В, 50В, 250В, 1000В.

* Ток (mA): 0.5мА, 50мА, 500мА.

* Сопротивление (значок немного похожий на наушники): X1K, X100, X10, это значит умножение на какое-то определенное значение, в цифровых же приборах чаще всего пишется так: 200Ом, 2кОм, 20кОм, 200кОм, 2МОм.

Пределов измерений у цифровых мультиметров обычно больше, ко всему прочему существуют такие дополнительные функции как проверка переходов транзисторов, датчик температуры, звуковая "прозвонка" диодов, частотометр, измерение емкости конденсаторов.

Важно знать для того чтобы прибор не «сгорел» при замерах напряжения или тока переключатель необходимо поставить на максимально возможный предел измерений, особенно если их значение мы не знаем. Если при этом показания мультиметра небольшое, то следует для получения более верного результата переключить прибор на предел ниже существующего.

Как проверить напряжение, сопротивление, силу тока.

При замерах напряжения символ dcv означает постоянное, если переменное acv. Подсоединяем шупы и видим итог замеров: если на экране ничего нет, значит, нет и напряжения. Измерение сопротивления тоже не представляет сложности. Касаемся щупами к двум концам того, чье сопротивление необходимо выяснить. Также прозваниваются провода и дорожки на обрыв в режиме омметра. При замерах силы тока щупы прибора должны быть врезаны в цепь, словно это один из компонентов той самой цепи.

Как проверить резистор.

Чтобы быть точно уверенным в том, что ничто не влияет на итог измерений необходимо выпаять резистор из электрической цепи хотя бы одним концом. При подключении щупов к двум концам резистора значение, указанное на резисторе должно совпадать с показаниями омметра . При этом надо учесть и величину допуска (отклонение от нормы).К примеру, если резистор на 200кОм и допуском ± 15%, его реальное сопротивление в пределах 170-230кОм. Если отклонения больше, значит резистор неисправный.

Проверка мультиметром переменных резисторов заключается в измерении сопротивления между крайними выводами (обязано отвечать номиналу резистора), а потом при подключении щупа прибора к среднему выводу, попеременно с каждым из крайних. Когда начинаем вращать ось переменного резистора, сопротивление должно меняться плавно, от нуля до его максимального значения. В этом случае лучше и удобней применять аналоговый мультиметр следя за перемещением стрелки, чем за быстро изменяющимися цифрами на экране цифрового прибора.

Как проверить диоды.

Когда в приборе есть функция проверки диодов, то подсоединяем щупы. В этом случае диод звонится в одну сторону, а в другую нет. В том случае ,когда этой функции нет, ставим в режиме измерения сопротивления переключатель на 1кОм и делаем проверку диода. Когда включаем красный вывод прибора к аноду диода, а черного к катоду, мы увидим его прямое сопротивление. Если включить наоборот, то сопротивление будет настолько велико, что на этом пределе измерения ничего нельзя увидеть. Сопротивление диода в любую сторону будет равно нулю, если диод пробит, при его обрыве сопротивление будет бесконечно большим при замерах в любую сторону.

Как проверить конденсаторы.

Проверка мультиметром конденсаторов осуществляется чаще специальным прибором, но возможно использование аналогово мультиметра. Легко находится пробой конденсатора проверкой сопротивления между его выводами, которое будет равно нулю, труднее с повышенной утечкой конденсатора.

В режиме омметра соблюдая полярность (плюс к плюсы, мунус к минусу) при подключении к выводам электролитического конденсатора, внутренние цепи прибора начинают заряжать конденсатор. В этом случае стрелка начинает подниматься вверх, передавая рост сопротивления. Чем больше номинал конденсатора, тем медленнее движется стрелка. Если он остановится, изменяем полярность и смотрим как стрелка идет назад в нулевое положение. В том случае, если всё происходит по-другому, то это означает утечку и конденсатор можно забраковать.

Как проверить транзисторы.

Обыкновенный биполярный транзистор это по сути два диода, подключенных навстречу друг другу. Мы уже знаем как можно проверить диоды, транзисторе сложнее. Необходимо знать, что транзисторы бывают различных типов, n-p-n когда их условные диоды соединены с помощью анодов, p-n-p когда соединены катодами. При замере прямого сопротивления транзисторных p-n-p переходов, минус прибора включаем к базе, а плюс по очереди к коллектору и эмиттеру. Меняем полярность для измерения обратного сопротивления. Иначе все делаем для проверки транзисторов n-p-n типа. При этом переходы база-эмиттер и база-коллектор в одном направлении должны прозваниваться, в иную нет.

При применении стрелочного прибора для более точных показаний, необходимо положить его на горизонтальную поверхность. Необходимо помнить ,что перед началом работы надо откалибровать прибор путем замыкания щупов между собой и переменным резистором (потенциометром.

Нужно чтобы стрелка была точно на ноле.

Не оставляйте прибор включенным.

На некоторых аналоговых приборах нет положения выключено, поэтому его лучше поставить на проверку напряжения ,т.к в режиме омметра постоянно теряется заряд батареи.

Размещено на Allbest.ur