Материал: Определение и расчет метрологических характеристик измерительных устройств и моделирования средства измерения

Определение и расчет метрологических характеристик измерительных устройств и моделирования средства измерения

МИИ

ГОУ СПО Тверской машиностроительный колледж

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Определение и расчет метрологических характеристик измерительных устройств и моделирования средства измерения»

Выполнил студент 38-АТП-12 : Мигутин Р.И.

Проверил: Фатчихин П.К.

Тверь 2014

Содержание

I. Определение погрешностей средства измерений, реализация прибора в программной среде National Instruments, Labview

.1      Основные свойства измеряемых погрешностей

.2      Технические характеристики средства измерений

.3      Решение задачи

.4      Реализация виртуального прибора в среде National Instruments, Labview. Определение метрологических характеристик средства измерений

.1 Перечень основных метрологических характеристик средства измерений

.2 Метрологические характеристики средства измерений

.3 Сравнительный анализ средств измерений

.4 Определение значения параметра измеренного средствами измерений . Мультиметр Ц4360

.1 Определение, внешний вид

.2 Задания по мультиметру

Введение

Цель нашей работы ознакомиться с основными электротехническими измерениями.

Электротехнические измерения - это совокупность электрических и электронных измерений (относятся к одному из разделов метрологии).

Метрология - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Главная задача метрологии обеспечение единства измерений и средств измерений.

Огромное количество измерений производиться с помощью разных по принципу действия и точности средств измерений.

Электронные измерения, как и электрические, сводятся к измерению силы тока, напряжения, мощности, частоты, однако у электронных измерений есть ряд существенных особенностей:

)        Спектр частот электромагнитных колебаний простирается от сверх низких частот, до частот соответствующих инфракрасным и световым волнам.

)        Из-за широкого частотного диапазона возникают серьёзные трудности при устранении влияния разного рода паразитных индуктивностей и ёмкостей.

)        Диапазон измерения измеряемых величин очень широк.

)        Необходимо измерять малые токи, протекающие по большим сопротивлениям, поэтому предъявляются высокие требования к входному сопротивлению

)        Необходимо измерять множество параметров, не встречающихся при электрических измерениях: добротность, время импульса, тангенс потерь

)        Основной объект исследования в электронике электрический сигнал, в связи с этим возникает необходимость наблюдения формы и спектра электрических колебаний.

)        В связи со сложностью структуры современных электронных устройств и множества параметров, измерения осуществляется в широком разнообразии даже в одном эксперименте - это обусловило необходимость комплексного проведения быстро и точно.

Измерения - это процесс нахождения значения физической величины опытным путём с помощью специальных средств.

Задачи

. Определить погрешности средства измерений, реализация прибора в программной среде National Instruments, Labview

.1      Познакомиться с основными свойствами измеряемых погрешностей

.2      Узнать технические характеристики средства измерений

.3      Решить задачу

.4      Реализовать виртуальный прибор в среде National Instruments, Labview

Определить метрологические характеристики средства измерений

.1 Узнать перечень основных метрологических характеристик средства измерений

.2 Познакомиться с метрологические характеристиками средства измерений

.3 Провести сравнительный анализ средств измерений

.4 Определить значения параметра измеренного средствами измерений

Изучение мультиметра Ц4360

.1 Ознакомиться с техническими характеристиками средства измерений

.2 Решить задачи

I. Погрешности измерений, погрешности средств измерений

Задача: определение погрешностей средства измерения.

Первоначально познакомимся с погрешностями: как их определить, какие бывают и вследствии чего возникают.

.1 Погрешности измерения

Характерной чертой качества измерения является точность измерений - свойство, отражающее близость результатов измерений к истинным значениям измеренных физических величин. То есть, чем меньше разница, тем больше точность прибора.

Погрешность измерения - оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения.

Поскольку выяснить с абсолютной точностью истинное значение никакой величины невозможно, то невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного. Возможно лишь оценить величину этого отклонения. На практике вместо истинного значения используют действительное значение величины хд, то есть значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него. Такое значение, обычно, вычисляется как среднестатистическое значение, полученное при статистической обработке результатов серии измерений. Это полученное значение не является точным, а лишь наиболее вероятным.

Классификация погрешностей

По форме представления

Абсолютная погрешность измерения (∆) - это отклонение результата измерения от истинного значения, взятое по модулю. Определяется по формуле ∆ = │Аn-А│, где Аn - истинное значение, А - действующее значение.

Недостатком такого способа выражения этих величин является то, что их нельзя использовать для сравнительной оценки точности разных измерительных технологий.

Относительная погрешность измерения - отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины или результату измерений.Для характеристики точности СИ применяют понятие «приведенная погрешность». Относительная погрешность разделяется на 2 вида.

Это действующая и приведенная погрешности.

Действующая погрешность (ᵧд)- это отношение абсолютной погрешности к показанию рабочего прибора (действующее значение) выраженное в процентах (%).

В общем виде формула выглядит так: ᵧд = (│∆│/ А) * 100 %.

Приведенная погрешность (ᵧпр) - погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона.

Вычисляется по формуле ᵧпр = │∆max│/ Аn, где Аn - нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы измерительного прибора и определяется по его градуировке:

•        если шкала прибора односторонняя, то есть нижний предел измерений равен нулю, то Аn определяется равным верхнему пределу измерений;

•        если шкала прибора двухсторонняя, то нормирующее значение равно ширине диапазона измерений прибора.

Приведённая погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.

По причине возникновения

•        Инструментальные / приборные погрешности - погрешности, которые определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора.

•        Субъективные / операторные / личные погрешности - погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора.

Обобщённой характеристикой средств измерения является класс точности, определяемый предельными значениями допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими параметрами, влияющими на точность средств измерения; значение параметров установлено стандартами на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их точностные свойства, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств, так как точность зависит также от метода измерений и условий их выполнения.

Классы точности:

.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 4.0

кл 2кл 3кл 4кл 5кл 6кл 7кл 8кл 9кл

По характеру проявления

Случайная погрешность - составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом в серии повторных измерений одной и той же величины, проведенных в одних и тех же условиях. В появлении таких погрешностей не наблюдается какой-либо закономерности, они обнаруживаются при повторных измерениях одной и той же величины в виде некоторого разброса получаемых результатов. Случайные погрешности неизбежны, неустранимы и всегда присутствуют в результате измерения, однако их влияние как правило можно устранить статистической обработкой. Случайные погрешности могут быть связаны с несовершенством приборов (трение в механических приборах и т. п.), тряской в городских условиях, с несовершенством объекта измерений.

Систематическая погрешность - погрешность, изменяющаяся во времени по определённому закону (частным случаем является постоянная погрешность, не изменяющаяся с течением времени). Систематические погрешности могут быть связаны с ошибками приборов (неправильная шкала, калибровка и т. п.), неучтёнными экспериментатором. Систематическую ошибку нельзя устранить повторными измерениями. Её устраняют либо с помощью поправок, либо «улучшением» эксперимента.

Прогрессирующая (дрейфовая) погрешность - непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени. Она представляет собой нестационарный случайный процесс.

Грубая погрешность (промах) - погрешность, возникшая вследствие недосмотра экспериментатора или неисправности аппаратуры (например, если экспериментатор неправильно прочёл номер деления на шкале прибора или если произошло замыкание в электрической цепи). Надо отметить, что деление погрешностей на случайные и систематические достаточно условно. Например, ошибка округления при определенных условиях может носить характер как случайной, так и систематической ошибки.

.2 Технические характеристики вольтметра В7-16

измерение метрологический мультиметр виртуальный

Областью применения вольтметра В7-16 является измерение напряжения в электрических цепях. Вольтметр В7-16 отличает множество преимуществ перед приборами данного класса приборов, в том числе и то, что вольтметр В7-16 выполняет целый ряд измерений основных физических величин - напряжение, сила, сопротивление постоянного и переменного тока. Вольтметр В7-16 используется в области настройки и проверки различного электро- и радиотехнического оборудования. Отличительной чертой вольтметра В7-16 является его прочность, которая обеспечивает его применение в производственных условиях, а так же вольтметр В7-16 обладает очень высокой точностью, что позволяет применять его даже в лабораториях. Небольшой вес и габариты вольтметра В7-16значительно облегчают переноску, установку и использование данного оборудования. Главной причиной искажения показаний приборов подобного класса являются нестабильные сигналы, помехи.

Подобные факторы часто встречаются при практическом использовании вольтметров. Они оказывают серьёзное влияние на показания. В конструкции вольтметра В7-16 это учтено. Вольтметр В7-16 может быть использован в различных областях применения.

Технические характеристики следующие:

Диапазоны измерений:

напряжения переменного тока - 0,1мВ-1000В, 20Гц-100кГц, ПГ ±(0,2-1,6)%;

напряжение постоянного тока - 100мкВ-1000В, ±(0,05-0,1)%;

сопротивление постоянному току - 0,1 кОм-10 МОм, ±(0,2-0,3)%;

Габаритные размеры - 348х128х360мм;

Масса прибора вольтметр В7-16 универсальный - не более 7кг.

Внешний вид вольтметра В7-16

Лицевая панель:

Общий вид:

. Определение погрешностей вольтметра В7-16

Условия задачи:

При измерении напряжения постоянного тока цифровым вольтметром В7-16, имеющим пределы измерения 1 - 10 - 100 - 1000 В, прибор показал 500 мВ. В техническом паспорте дана формула расчета приведенной относительной погрешности ᵧпр = ± (0.1 + 0.1* Uн / U ) %. Определить абсолютную и приведенную относительные погрешности.

1.3 Решение задачи

Определим приведенную относительную погрешность по формуле данной в условия задачи.

ᵧпр = ± (0.1 + 0.1* Uн / U ) , где - номинальное значение, которое рассчитывается по формуле :. В нашем случае, используется прибор с односторонней шкалой, следовательно, формула сокращается до.

По условию задачи, шкала прибора от 0 до 1000 В с пределами 1-10-100-1000 В, нужно измерить 500 мВ , поэтому Uн = 1 В.

Подставляем значения в формулу и получаем :

ᵧпр = ± (0,1 + 0,1 + 1 / 0,5) = ± 0,3% ;

Определим действительную погрешность по формуле: ᵧд = ᵧпр *Uн / U;

Подставим полученные выше значения в формулы и получим :

ᵧд = 0,3 * 1 / 0,5 = ± 0,6 % .

Определим абсолютную погрешность по формуле : ∆ = ᵧпр * Uн / 100 ;

Подставляем известные нам значения : ∆ = 0,3 * 1 / 100 = 0,003 В.

Ответ :

∆ = 0,003 В

ᵧпр = ±0,3 %

ᵧд = ± 0,6 %

.4 Реализация виртуального прибора в LabVIEW

Для поставленной выше задачи в программном комплексе LabVIEW был реализован виртуальный прибор. В результате получена следующая лицевая панель:

Наша структурная схема данного виртуального прибора выглядит следующим образом:

Рассмотрим подробнее каждый блок структурной схемы, его предназначение, а так же сопоставим элементы структурной схемы с элементами лицевой панели.

Ввод данных из «дано» задачи в виртуальный прибор осуществляется непосредственно на лицевой панели прибора с помощью элемента Knob (задаем придел (Uн)) и Dial (задаем U).

На лицевой панели :

На структурной схеме :

Автоматическое вычисление погрешностей осуществляется с помощью прописанного алгоритма в элементе Formula.

В теле узла прописана формула из условия задачи для вычисления приведенной погрешности вольтметра. Для отображения результата вычисления абсолютной, действительной, приведенной погрешностей используется набор индикаторов (Indicator). Для имитации шкалы вольтметра В7-16 используется элемент Meter. Виртуальный прибор позволяет автоматически вычислять оптимальный предел измерения электротехнического параметра.

Проверим правильность решенной нами задачи и , заодно, работоспособность нашего прибора. Для этого зададим соответствующие параметры данные в условиях.

Мы увидели, что значения на приборе соответствуют значениям решенной нами задачи, а это значит что прибор работает исправно и задача , также, решена верно.

II. Определение метрологических характеристик

.1 Перечень основных метрологических характеристик вольтметра

·        Класс точности.

·        Внутренне сопротивление прибора.