Нормируемые метрологические характеристики средств

Измерений

Для обеспечения единства измерений и взаимозаменяемости СИ их метрологические характеристики нормируют. Основная нормируемая метрологическая характеристика СИ – погрешность.

Метрологические характеристики нормируют для нормальных условий эксплуатации СИ. Нормальными считают условия, при которых изменением метрологических характеристик под действием влияющих величин можно пренебречь. Для многих СИ нормальными условиями являются: температура окружающей среды (20 ± 10) ºС; атмосферное давление от 97,4 до 104 кПа; отсутствие электрических и магнитных полей (наводок).

При поверке (калибровке) СИ определяются действительные значения метрологических характеристик и сравниваются с установленными нормами.

Помимо погрешностей на практике используются следующие метрологические характеристики СИ:

Время установления показаний и переброс указателя (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Графики перемещения указателя измерительного

прибора от нулевой отметки до α_уст при различной степени успокоения

После включения измерительного прибора в цепь или изменения измеряемой величины подвижная часть измерительного механизма не сразу занимает положение равновесия, а совершает затухающие колебания около него. Чтобы ускорить процесс установления показаний, измерительный механизм снабжается приспособлением – успокоителем, поглощающим кинетическую энергию подвижной части. По конструкции и принципу действия успокоители подразделяются на воздушные, жидкостные и магнитоиндукционные.

При различных значениях момента трения возможны три варианта движения стрелки (указателя) прибора (рис. 1.5): 1 и 2 – колебательные затухающие (с переходом установившегося в итоге значения α_уст) и 3 – апериодическое.

Под временем установления показаний t_У прибора понимается время, прошедшее с момента подключения или изменения измеряемой величины до момента, когда отклонение указателя α от установившегося значения α_уст не превышает 1,5 % от предельного значения шкалы (α_Н). Время установления показаний t_У для большинства аналоговых приборов не должно превышать 4 секунды. При превышении прибор считается метрологически неисправным.

Переброс указателя определяется по первому, наибольшему отклонению указателя за установившееся значение α_уст. Переброс метрологически исправного прибора не должен превышать α_уст более чем на 20 % от α_Н. При проверке α_уст следует выбирать так, чтобы первое наибольшее отклонение указателя было близко к α_Н , но его не превышало.

Собственная мощность потребления. При включении электроизмерительного прибора в цепь, находящуюся под напряжением, прибор потребляет из этой цепи некоторую энергию. Энергию, потребляемую за единицу времени (скорость потребления энергии), называют мощностью. С помощью этой величины принято оценивать энергопотребление приемников. В большинстве случаев мощность собственного потребления энергии мала с точки зрения экономии электроэнергии. Но при измерении в маломощных цепях в результате потребления приборами энергии может измениться режим работы цепи, что приведет к увеличению методической погрешности измерения. Поэтому малое потребление энергии от цепи, в которой осуществляется измерение, является достоинством прибора. Для различных конструкций и систем мощность потребления колеблется в широких пределах от 10^-12 до 15 Вт. Ориентировочные значения для некоторых измерительных приборов:

· магнитоэлектрической системы, Вт 0,01…2;

· электромагнитной системы, В×А 0,1…5;

· электродинамической системы, В×А 0,1…2.

Электронные приборы (цифровые и аналоговые) имеют большое входное сопротивление и поэтому практически не потребляют энергию из контролируемой цепи – они работают от вспомогательных источников энергии.

Область рабочих частот (диапазон частот). На циферблате (рис. 1.3) или в эксплуатационной документации предназначенного для измерений в цепях переменного тока прибора указывается номинальное значение частоты измеряемого напряжения или тока или номинальная область частот, а также расширенные области частот, в которых допускается использование прибора.

Отклонение частоты от номинального значения, для работы на которой предназначен прибор, вызывает изменение показаний, т.е. дополнительную погрешность из-за несоответствия частоты. Предел допускаемой дополнительной погрешности приборов переменного тока равен пределу допускаемой основной погрешности при отклонении частоты на ± 10 % от номинальной. Если на приборе указана номинальная область частот, для работы в которой он предназначен, его погрешность не должна выходить за пределы основной.

В расширенной области частот устанавливаются увеличенные пределы допускаемой погрешности.

К нормируемым метрологическим характеристикам аналоговых приборов относят также (определения см. в 1.3):

· диапазон показаний;

· диапазон измерений;

· предел измерений;

· чувствительность.

Важной характеристикой СИ, определяющей безопасность пользования им, является сопротивление изоляции. В соответствии со стандартом сопротивление изоляции между корпусом и изолированными электрическими цепями прибора для рабочих напряжений до 500 В должно быть не менее 20 МОм при нормальных условиях эксплуатации.

Еще одним испытанием, которому подвергается каждый измерительный прибор, является проверка электрической прочности его изоляции. Изоляция между корпусом и изолированными от корпуса электрическими цепями, на которых во время работы устанавливается напряжение более 42 В и доступ к которым возможен без вскрытия прибора, должна выдержать в течение одной минуты действие испытательного напряжения переменного тока частотой 50 Гц, значение которого должно соответствовать указанному в табл. 1.1.

После успешного проведения испытания на циферблат прибора наносится условный знак в виде звездочки, внутри которой написано значение испытательного напряжения в киловольтах (например, 2 кВ: ).

Таблица 1.1

После экспериментального определения всех метрологических характеристик СИ и сравнения их с установленными нормами делается вывод о пригодности или непригодности данного СИ к дальнейшему применению.

В случае, если все метрологические характеристики поверяемого СИ нормам соответствуют, оформляется «Свидетельство о поверке», разрешающее его применение. Упрощенная форма «Свидетельства о поверке» представлена на рис. 1.6.

Если же по результатам испытаний оказалось, что какие-либо метрологические характеристики поверяемого СИ нормам не соответствуют, то оформляется «Извещение о непригодности к применению», где указываются причины, по которым данное СИ применять нельзя. На рис. 1.7 представлена упрощенная форма «Извещения о непригодности к применению».

Рис. 1.6.

Рис. 1.7.

Вопросы для самопроверки

1. В чем разница между эталонными и рабочими средствами измерений?

2. Чем поверка СИ отличается от калибровки?

3. Чем отличаются друг от друга: отсчетное устройство, циферблат, шкала?

4. Как определяются диапазон показаний и диапазон измерений прибора? Чем они отличаются?

5. Что такое чувствительность и цена деления прибора? Как их определить?

6. Какие обозначения должны быть нанесены на циферблате прибора?

7. Что такое класс точности прибора?

8. Какие классы точности установлены для амперметров и вольтметров и что означают числовые значения класса точности?

9. Как обозначается класс точности у цифровых приборов?

10. Дайте определение термина «вариация» прибора и объясните сущность этого явления.

11. Что такое абсолютная, относительная и приведенная погрешности?

12. Перечислите основные метрологические характеристики аналоговых измерительных приборов.