Повірка цифрового вольтметру

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Вольтметр ? вимірювальний прилад безпосереднього відліку для визначення напруги або ЕРС в електричних ланцюгах. Підключається паралельно навантаженню або джерелу електричної енергії.

Ідеальний вольтметр повинен володіти нескінченно великим внутрішнім опором. Тому чим вище внутрішній опір в реальному вольтметрі, тим менше впливу надає прилад на вимірюваний об'єкт і, отже, тим вище точність і різноманітніше область застосування.

За призначенням вольтметри поділяються на:

- постійного струму;

- змінного струму;

- імпульсні;

- фазочутливі;

- селективні;

- універсальні.

Серед вимірювальних приладів ЦВ займають особливе місце, так як вони дозволяють забезпечити автоматичний вибір межі та полярності вимірюванних напруг; автоматичну корекцію похибок; малі похибки виміру (0,01 - 0,001%) при широкому діапазоні вимірюванних напруг (від 0,1 мкВ до 1000 В), видачу результатів виміру у цифровому вигляді, документальну реєстрацію за допомогою цифродрукуючого пристрою, ввод вимірювальної інформації в ЕОМ та складні інформаційно-вимірювальні системи. Цифровий вольтметр в порівнянні з аналоговим містить аналогово-цифровий перетворювач (АЦП), пристрій цифрового відліку.

Принцип роботи ЦВ складається в перетворенні вимірювальної постійної

або повільно змінюючоїся напруги в електричний код, який відображається на табло у цифровій формі. Згідно з цим узагальнена структурна схема цифрового вольтметра складається з вхідного пристрою, АЦП та цифрового індикатора.

1. АНАЛІЗ ПЕРЕЛІКУ КОНТРОЛЬОВАНИХ МЕТРОЛОГІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Для оцінки якості ЗВТ і визначення похибок результатів вимірювань використовується широка номенклатура показників, серед яких найважливіші - метрологічні характеристики ЗВТ.

Метрологічні характеристики - це характеристики ЗВТ, які нормуються для визначення результату вимірювання і його похибки.

Загальний підхід до нормування метрологічних характеристик ЗВТ полягає в тому, що встановлюються номінальні функції і номінальні значення окремих нормованих МХ, а також межі їх допустимих відхилень. Для деяких МХ встановлюються тільки межі допустимих значень.

Реальні значення нормованих МХ визначаються при проектуванні, зберігаються при виготовленні ЗВТ, підтримуються в процесі експлуатації і періодично контролюються під час повірки (калібрування).

При відхиленні хоча б однієї з нормованих МХ за межі допуску засіб вимірювальної техніки підлягає регулюванню, ремонту або бракується і виводиться з експлуатації. З цього випливає, що повірка та калібрування можуть розглядатися як контрольні організаційно-технічні заходи, спрямовані на попередження наслідків застосування несправних ЗВТ при проведенні вимірювань.

Під час первинної та періодичної повірки здійснюють зовнішній огляд, випробування ЦВ, а також визначення таких метрологічних характеристик:

- ступінь квантування;

- межа допустимої основної похибки.

Ступінь квантування не нормується. Вона є постійною на протязі вимірювання, наприклад, як ціна поділки.

2. ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ МЕТОДІВ І ЗАСОБІВ ПОВІРКИ

2.1 Вибір контрольованих точок

Підхід до вибору контрольованих точок має ураховувати принцип дії приладу і характер зміни похибки у межах ід діапазоні.

Для всіх видів ЦВ, крім приладів порозрядного кодування, основну похибку перевіряють при значеннях вхідного сигналу (0.05…0.1)X_N, (0.2…0.3)X_N, (0.4…0.6)X_N, (0.7…0.8)X_N, (0.9…1.0)X_N на кожному ід діапазоні вимірювань. Для ЦВ порозрядного кодування контрольовані точки обираються згідно з вимогами технічної документації на прилад конкретного типу або за [2].

Крім того, на нижньому піддіапазоні вимірювань додатково контролюють основну похибку ЦВ при одному з показань в межах молодшого десяткового розряду.

2.2 Контрольний допуск

При повірці аналогових ЗВТ співвідношення між межами допустимих похибок робочого еталону і приладу, що повіряється, як правило, є жорстко заданим і в більшості випадків складає1/3. Але при повірці ЦВ допускається обирати співвідношення довільно у діапазоні 0,1…0,5.

Теоритичні основи метрологічного забезпечення широко оперують критеріями якості повірки, які дозволяють оцінити як достовірність прийняття рішення про технічний стан ЗВТ, так і ефективність повірки в цілому. Такими критеріями є :

- ? найбільший відносний вихід за допуск (відношення найбільшого можливого значення характеристики похибки ЗВТ, який визнаний за результатами повірки справним, але в дійсності несправний, до межі її допустимих значень);

- ? ймовірність невиявленого браку (значення ймовірності невиявленого факту виходу похибки ЗВТ, що повіряється, за межі допуску );

- ? ймовірність фіктивного браку в середньому (відношення числа справних, але забракованих ЗВТ, до кількості усіх в дійсності справних ЗВТ).

Із аналізу фізичного смислу наведених критеріїв якості повірки випливає, що результати повірки тим достовірніші, чим меншими будуть значення , , .

Залежно від обраного співвідношення та потрібних значень , , встановлюєть контрольний допуск , тобто граничне значення похибки, при якій за результатами повірки прилад ще може вважатися придатним до застосування. Значення залежить від значення і визначається за виразом:

,

де ? відносний контрольний допуск, при чому 0<<1.

Таким чином, за абсолютним значенням контрольний допуск завжди менший, ніж межа допустимої похибки , яка встановлена ТД на прилад конкретного типу. Очевидно, що застосування більш жорстких вимог до діапазону можливих значень похибки ЗВТ є заходом, що дозволяє забезпечити потрібне обмеження ймовірності прийняття помилкового висновку за результатами повірки.

2.3 Перевірка основної похибки

Перевірка основної похибки ЦВ здійснюється тими ж методами, які набули застосування при повірці аналогових вольтметрів:

- методом безпосереднього звіряння з ЦВ-робочим еталоном. За робочі еталони застосовуються ЦВ найвищих класів точності (наприклад, Ф68003);

- методом звіряння з мірою за допомогою компаратора. За робочі еталони застосовуються нормальний елемент та потенціометр постійного струму. Зазначені засоби повірки входять до складу потенціометричних установок (наприклад, У355 для постійного струму);

- методом прямих вимірювань ЦВ, що повіряється, напруги, яка відтворюється багатозначною мірою. Як міра напруги при повірці ЦВ застосовуються калібратори напруги (наприклад, У358) або установки для повірки вольтметрів(наприклад, В1-9, В1-12, В1-20, В1-16).

У даній курсовій роботі перевірка основної похибки буде здійснюватися методом прямих вимірювань за допомогою калібратора напруги.

3. ОБГРУНТУВАННЯ ВИМОГ ДО МЕТРОЛОГІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РОБОЧИХ ЕТАЛОНІВ. РОЗРОБКА ПРОПОЗИЦІЙ З ВИБОРУ ТИПІВ ЗАСОБІВ ПОВІРКИ

Робочі еталони, які застосовуються при повірці, мають відповідати таким вимогам:

1) відношення межі допустимої похибки відтворення (вимірювання) напруги робочим еталоном до межі допустимого значення контрольованої метрологічної характеристики ЦВ, що повіряється, має бути в діапазоні від 1/10 до 1/2;

2) робочий еталон-міра або джерело напруги має забезпечувати змінювання напруги ступенями, які не перевищують 0,25 номінального ступеня квантування ЦВ, що повіряється;

3) при повірці на постійному струмі розмах пульсацій сигналу на вході ЦВ, що повіряється, має не перевищувати:

- - для ЦВ, що реагують на миттєве значення вимірюваної величини, не мають фільтра у вхідному ланцюзі;

- - для ЦВ, які побудовані за принципом подвійного інтегрування, частотно-імпульсних ЦВ та ЦВ з фільтром у вхідному ланцюзі (тут - коефіцієнт придушення завад або коефіцієнт режекції фільтра, виражений у відносних одиницях);

4) при повірці на змінному струмі значення коефіцієнта гармонік сигналу на вході ЦВ має відповідати вимогам ТД на прилад конкретного типу. При відсутності таких вимог значення коефіцієнта гармонік має не перевищувати , де - межа допустимої основної відносної похибки ЦВ;

5) нестабільність значення вимірюваної напруги на вході ЦВ, що повіряється, протягом 5 хвилин має не перевищувати .

4. РОЗРОБКА МЕТОДИКИ ВИКОНАННЯ ПОВІРКИ

На сьогодні немає діючого НТД, у якому в традиційному викладенні була б наведена методика повірки ЦВ. Методика повірки ЦВ конкретних типів має розроблятися повірником на підставі вимог методичних вказівок [2].

Фактично за метою та змістом документ [2] є керівництвом для розробників державних стандартів на методи і засоби повірки. Тому цей НТД порівняно з типовими державними стандартами на методи і засоби повірки є відносно складним, насиченим посиланнями на окремі елементи теорії побудови ЦВП, і вимагає наявності у повірника досить глибоких спеціальних знань і навичок.

4.1 Операції повірки

При проведенні повірки повинні бути виконані наступні операції:

- зовнішній огляд;

- опробування;

- перевірка відповідності вихідного коду показанням ЦВ;

- перевірка основної похибки;

4.2 Вимоги до кваліфікації виконавців повірок

Роботу повинен виконувати фахівець, який має достатню підготовку в галузі метрології і випробувань електронних вимірювальних пристроїв.

Для повірки ЦВ роботу доцільно виконувати в два етапи, на кожному з яких потрібні виконавці різної кваліфікації (можливе виконання роботи одним виконавцем при його достатньої кваліфікації):

1) вибір методик перевірки нормованих характеристик основної похибки з числа наявних, вибір зразкового засобу вимірювань і засобів повірки з числа наявних, вибір перевіряємих точок основного діапазону вивіреного ЦВ, вибір параметрів для кожної з методик контролю нормованих метрологічних характеристик - чисел відліків n, значень відносних контрольних допусків г повинен зробити фахівець достатньої кваліфікації, що має досвід повірки електронних приладів. Він же повинен провести необхідний інструктаж повірника, який буде безпосередньо проводити перевірку ЦВ;

2) проведення повірки після інструктажу здійснює повірник електровимірювальних або радіовимірювальних приладів.

4.3 Умови повірки

При проведенні повірки повинні бути дотримані наступні умови:

- температура повітря 20±5 °С;

- атмосферний тиск 84-106,7 кПа (630-800 мм рт.ст.);

- відносна вологість повітря 30-80 %;

- частота мережі живлення 50±0,5 Гц.

4.4 Проведення повірки

4.4.1 Зовнішній огляд

При зовнішньому огляді перевіряють:

- маркування ЦВ і наявність необхідних написів на зовнішніх панелях приладу.

- комплектність ЦВ. Не допускаються до подальшої перевірці ЦВ, у яких відсутні або пошкоджені кабель підключення мережі живлення, кабель підключення вхідного сигналу, змінні блоки і сполучні кабелі до них, нестандартизованное повірочне обладнання, відсутній технічний опис та інструкція з експлуатації, НТД на методику повірки ЦВ даного типу.

Не допускаються до подальшої перевірці ЦВП, якщо при їх огляді виявлено наступні дефекти:

- відсутні, розхитані або пошкоджені зовнішні частини, органи регулювання і управління;

- всередині приладу знаходяться незакріплені предмети;

- є тріщини, обвуглювання ізоляції та інші ушкодження.

4.4.2 Випробування

Під час випробування визначається правильність індикації усіх символів в усіх розрядах індикатора ЦВ.

Крім того, при випробуванні не тільки здійснюється встановлення нуля і калібрування(встановлення номінальної градуювальної характеристики), але й контролюється запас регулювання відповідних параметрів. Запас регулювання нуля і калібрування відповідними органами поблизу їх граничного положення має бути не меншим, ніж 10% від усього діапазону регулювання.

4.4.3 Перевірка відповідності вихідного коду показанням приладу

Плавно регулюючи сигнал на вході прилада, встановлюють в кожному розряді лічильного пристрою по черзі всі передбачені в ньому символи і перевіряють відповідність символу лічильного пристрою і вихідного коду ЦВ.

ЦВ бракують, якщо хоча б один символ і значення вихідного коду не відповідають один одному або розміщення символу коду на вихідному роз'ємі ЦВ не відповідає зазначеному в експлуатаційній документації.

Також перевіряють рівні вихідних кодованих сигналів в кожному розряді на відповідність вимогам експлуатаційної документації. Перевірку проводять за методикою, наведеною в НТД на повіряємий ЦВ.

ЦВ бракують, якщо рівні вихідних сигналів не відповідають зазначеним в експлуатаційній документації.

4.4.4 Перевірка основної похибки

Методика контролю основної похибки залежить від співвідношення між і , а також між і .

Якщо характеристики випадкової складової похибки ЦВ не нормовані, перед проведенням повірки визначають співвідношення випадкової похибки з систематичною. Для цього на вхід ЦВ, що повіряється, подається сигнал напругою (0.9…1.0)X_N. Вхідну напругу плавно регулюють в незначних межах. Якщо при цьому можна досягти відсутності зміни показань у молодшому розряді ЦВ, випадкову складову вважають нехтовно малою. При наяві у молодшому розряді від двох до трьох найближчих показань вважають, що сумірна з . Якщо при будь-якому незмінному значенні напруги у молодшому розряді ЦВ, який повіряється, з'являються показання, різниця між якими перевищує 2, такий ЦВ бракують.

Якщо випадкова складова основної похибки ЦВ є нехтовно малою, при виборі кількості спостережень у серії та відносного контрольного допуску користуються даними таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 Значення та при

Якщо випадкова складова основної похибки ЦВ сумірна з систематичною, при виборі кількості спостережень у серії та відносного контрольного допуску користуються даними таблиці 1.2.

Таблиця 1.2 Значення та при

Знак «-» означає, що забезпечення вимог до критерієв якості повірки при даному значенні неможливе, слід обрати робочий еталон вищого класу точності. При виборі значень і слід округлювати відношення до найближчого меншого значення, а відношення - до найближчого більшого значення, тобто у бік накладання жорсткіших вимог до критерієв якості повірки.

Для кожної контрольованої точки розраховуються контрольні значення вимірюваної напруги

; ,

де ? показання ЦВ, які відповідають номінальному значенню напруги для контрольованої точки.

На вході ЦВ, що повіряється, за показаннями робочого еталону встановлюють значення напруги , спостерігають п послідовних показань ЦВ . Якщо на відліковому пристрої ЦВ з'являється хоча б одне показання, яке задовольняє умові , прилад вважається несправним. В іншому випадку за показаннями робочого еталону встановлюють значення напруги , спостерігають n послідовних показань ЦВ . Якщо на відліковому пристрої ЦВ з'являється хоча б одне показання, яке задовольняє умові , прилад вважається несправним.

Аналогічні операції виконують для кожної з контрольованих точок кожного піддіапазону ЦВ.

ВИСНОВОК

вольтметр прилад повірка метрологічний

У даній курсовій роботі були визначенні метрологічні характеристики ЦВ. На основі вибору оптимальних методів контролю метрологічних характеристик і спеціальних робочих еталонів, була розроблена методика повірки.

З виконанням даної курсової роботи, були отримані навички роботи з нормативно технічною документацією, аналізу вибору ефективних рішень, щодо організації і проведення повірки.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Крюков О. М. Повірка та калібрування засобів електро- і радіовимірювальної техніки: Навчальний посібник. - Харків: ХНАДУ, 2008.? 264 с.

2. МИ 1202-86. Приборы и преобразователи измерительные напряжения, тока, сопротивления цифровые. Общие требования к методике поверки. М.: Изд-во стандартов, 1986.

Размещено на Allbest.ru