1 2
Содержание
Введение
Особое место в измерительной технике занимают электрические измерения. Современная энергетика и электроника опираются на измерение электрических величин. В настоящее время разработаны и выпускаются приборы, с помощью которых могут быть произведены измерения более 50 электрических величин. Перечень электрических величин включает в себя ток, напряжение, частоту, отношение токов и напряжений, сопротивление, емкость, индуктивность, мощность и т.д. Многообразие измеряемых величин определило и многообразие технических средств, реализующих измерения.
Цель работы заключается в анализе технического обслуживания и ремонта электроизмерительных приборов, в том числе и милливольтметра.
Задачи дипломной работы:
— произвести анализ литературы по исследуемой проблеме;
— рассмотреть основные понятия и общие сведения из теории измерений;
— выделить классификацию электроизмерительных приборов;
— проанализировать понятия о погрешностях измерений, классах точности и классификации средств измерений;
— рассмотреть назначение, структуру, технические данные, характеристики и принцип действия милливольтметра, его эксплуатационную поверку компенсационным методом;
— проанализировать техническое обслуживание и ремонт электроизмерительных приборов, в том числе милливольтметра, а именно: разборку и сборку измерительного механизма; регулировку, градуировку и проверку; температурную компенсацию;
— рассмотреть организацию ремонтной службы КИПиА, структуру участка ремонта средств КИПиА, организацию рабочего места слесаря КИПиА;
— сделать соответствующие выводы.
Глава 1. Электроизмерительные приборы
1.1 Основные понятия и общие сведения из теории измерений
Показания (сигналы) электроизмерительных приборов используют для оценки работы различных электротехнических устройств и состояния электрооборудования, в частности состояния изоляции. Электроизмерительные приборы отличаются высокой чувствительностью, точностью измерений, надежностью и простотой исполнения [2, c. 54].
Наряду с измерением электрических величин — тока, напряжения, мощности электрической энергии, магнитного потока, емкости, частоты и т. д. — с их помощью можно измерять и неэлектрические величины.
Показания электроизмерительных приборов можно передавать на дальние расстояния (телеизмерение), они могут использоваться для непосредственного воздействия на производственные процессы (автоматическое регулирование); с их помощью регистрируют ход контролируемых процессов, например путем записи на ленте и т. д. [7, c. 23]
Применение полупроводниковой техники существенно расширило область применения электроизмерительных приборов.
Измерить какую-либо физическую величину — это значит найти ее значение опытным путем с помощью специальных технических средств [10, c. 13].
Для различных измеряемых электрических величин существуют свои средства измерений, так называемые меры. Например, мерами э. д. с. служат нормальные элементы, мерами электрического сопротивления — измерительные резисторы, мерами индуктивности — измерительные катушки индуктивности, мерами электрической емкости — конденсаторы постоянной емкости и т. д.
На практике для измерения различных физических величин применяют различные методы измерения. Все измерения от способа получения результата делятся на прямые и косвенные. При прямом измерении значение величины получают непосредственно из опытных данных. При косвенном измерении искомое значение величины находят путем подсчета с использованием известной зависимости между этой величиной и величинами, получаемыми на основании прямых измерений. Так, определить сопротивление участка цепи можно путем измерения протекающего по нему тока и приложенного напряжения с последующим подсчетом этого сопротивления из закона Ома [4, c. 43].
Наибольшее распространение в электроизмерительной технике получили методы прямого измерения, так как они обычно проще и требуют меньших затрат времени [7, c. 76].
В электроизмерительной технике используют также метод сравнения, в основе которого лежит сравнение измеряемой величины с воспроизводимой мерой. Метод сравнения может быть компенсационным и мостовым. Примером применения компенсационного метода служит измерение напряжения путем сравнения его значения со значением э. д. с. (электродвижущей силы) нормального элемента. Примером мостового метода является измерение сопротивления с помощью четырехплечной мостовой схемы. Измерения компенсационным и мостовым методами очень точные, но для их проведения требуется сложная измерительная техника.
При любом измерении неизбежны погрешности, т. е. отклонения результата измерения от истинного значения измеряемой величины, которые обусловливаются, с одной стороны, непостоянством параметров элементов измерительного прибора, несовершенством измерительного механизма (например, наличием трения и т. д.), влиянием внешних факторов (наличием магнитных и электрических полей), изменением температуры окружающей среды и т. д., а с другой стороны, несовершенством органов чувств человека и другими случайными факторами. Разность между показанием прибора АП и действительным значением измеряемой величины АД , выраженная в единицах измеряемой величины, называется абсолютной погрешностью измерения:
(1)
Величина, обратная по знаку абсолютной погрешности, носит название поправки:
(2)
Для получения истинного значения измеряемой величины необходимо к измеренному значению величины прибавить поправку:
(3)
Для оценки точности произведенного измерения служит относительная погрешность δ, которая представляет собой отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины, выраженное обычно в процентах [9, c. 67]:
(4)
Следует отметить, что по относительным погрешностям оценивать точность, например, стрелочных измерительных приборов весьма неудобно, так как для них абсолютная погрешность вдоль всей шкалы практически постоянна, поэтому с уменьшением значения измеряемой величины растет относительная погрешность (4). Рекомендуется при работе со стрелочными приборами выбирать пределы измерения величины так, чтобы не пользоваться начальной частью шкалы прибора, т. е. отсчитывать показания по шкале ближе к ее концу.
Точности измерительных приборов оценивают по приведенным погрешностям, т. е. по выраженному в процентах отношению абсолютной погрешности к нормирующему значению АH :
(5)
Нормирующим значением измерительного прибора называется условно принятое значение измеряемой величины, могущее быть равным верхнему пределу измерений, диапазону измерений, длине шкалы и др.
Погрешности приборов подразделяют на основную, присущую прибору при нормальных условиях применения вследствие несовершенства его конструкции и выполнения, и дополнительную, обусловленную влиянием на показания прибора различных внешних факторов [3, c. 87].
Нормальными рабочими условиями считают температуру окружающей среды (20 5)°С при относительной влажности (65 15)%, атмосферном давлении (750 30) мм рт. ст., в отсутствие внешних магнитных полей, при нормальном рабочем положении прибора и т. д. В условиях эксплуатации, отличных от нормальных, в электроизмерительных приборах возникают дополнительные погрешности, которые представляют собой изменение действительного значения меры (или показания прибора), возникающее при отклонении одного из внешних факторов за пределы, установленные для нормальных условий.
Допустимое значение основной погрешности электроизмерительного прибора служит основанием для определения его класса точности. Так, электроизмерительные приборы по степени точности подразделяются на восемь классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0, причем цифра, обозначающая класс точности, указывает на наибольшее допустимое значение основной погрешности прибора (в процентах). Класс точности указывается на шкале каждого измерительного прибора и представляет собой цифру, обведенную кружком.
Шкалу прибора разбивают на деления. Цена деления (или постоянная прибора) есть разность значений величины, которая соответствует двум соседним отметкам шкалы. Определение цены деления, например, вольтметра и амперметра производят следующим образом: CU = UH /N — число вольт, приходящееся на одно деление шкалы; CI = IH /N — число ампер, приходящееся на одно деление шкалы; N — число делений шкалы соответствующего прибора.
Важной характеристикой прибора является чувствительность S, которую, например, для вольтметра SU и амперметра SI , определяют следующим образом: SU = N/UH — число делений шкалы, приходящееся на 1 В; SI = N/IН — число делений шкалы, приходящееся на 1 А [6, c. 91].
1.2 Классификация электроизмерительных приборов
Электроизмерительную аппаратуру и приборы можно классифицировать по ряду признаков. По функциональному признаку эту аппаратуру и приборы можно разделить на средства сбора, обработки и представления измерительной информации и средства аттестации и поверки [8, c. 43].
Электроизмерительную аппаратуру по назначению можно разделить на меры, системы, приборы и вспомогательные устройства. Кроме того, важный класс электроизмерительных приборов составляют преобразователи, предназначенные для преобразования электрических величин в процессе измерения или преобразования измерительной информации [1, c. 34].
По способу представления результатов измерений приборы и устройства можно разделить на показывающие и регистрирующие.
По методу измерения средства электроизмерительной техники можно разделить на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения (уравновешивания) [2, c. 62].
По способу применения и по конструкции электроизмерительные приборы и устройства делятся на щитовые, переносные и стационарные.
По точности измерения приборы делятся на измерительные, в которых нормируются погрешности; индикаторы, или внеклассные приборы, в которых погрешность измерений больше предусматриваемой соответствующими стандартами, и указатели, в которых погрешность не нормируется.
По принципу действия или физическому явлению можно выделить следующие укрупненные группы: электромеханические, электронные, термоэлектрические и электрохимические [5, c. 21].
В зависимости от способа защиты схемы прибора от воздействия внешних условий корпуса приборов делятся на обыкновенные, водо-, газо-, и пылезащищенные, герметические, взрывобезопасные.
Электроизмерительная техника делится на следующие группы [8, c. 56]:
- Цифровые электроизмерительные приборы. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.
- Поверочные установки и установки для измерений электрических и магнитных величин.
- Многофункциональные и многоканальные средства, измерительные системы и измерительно-вычислительные комплексы.
- Щитовые аналоговые приборы.
- Приборы лабораторные и переносные.
- Меры и приборы для измерений электрических и магнитных величин.
- Приборы электроизмерительные регистрирующие.
- Измерительные преобразователи, усилители, трансформаторы и стабилизаторы.
- Счетчики электрические.
- Принадлежности, запасные и вспомогательные устройства.
1.3 Понятие о погрешностях измерений, классах точности и классификации средств измерений
Погрешность (точность) измерительного прибора характеризуется разностью показаний прибора и истинным значением измеряемой величины. В технических измерениях истинное значение измеряемой величины не может быть точно определено в силу имеющихся погрешностей измерительных приборов, которые возникают из-за целого ряда факторов, присущих собственно измерительному прибору и изменению внешних условий — магнитных и электрических полей, температуры и влажности окружающей среды и т.д. [4, c. 87]
Средства контрольно-измерительных приборов и автоматики (КИПиА) характеризуются двумя видами погрешностей: основной и дополнительной.
Основная погрешность характеризует работу прибора в нормальных условиях, оговоренных техническими условиями завода-изготовителя [1, c. 48].
Дополнительная погрешность возникает в приборе при отклонении одной или нескольких влияющих величин от требуемых технических норм завода-изготовителя [9, c. 32].
Абсолютная погрешность Dх — разность между показаниями рабочего прибора х и истинным (действительным) значением измеряемой величины х0 , т. е. Dх = X — Х0 .
В измерительной технике более приемлемыми являются относительная и приведенная погрешности [2, c. 29].
Относительная погрешность измерения gотн характеризуется отношением абсолютной погрешности Dх к действительному значению измеряемой величины х0 (в процентах), т. е.
gотн = (Dх / х0 ) · 100 %.
Приведенная погрешностьgпр. представляет собой отношение абсолютной погрешности прибора Dх к постоянной для прибора нормирующей величины хN (диапазону измерения, длины шкалы, верхнему пределу измерения), т. е.
gпр. = (Dх / хN ) ·100 %.
Класс точности средств КИПиА — обобщенная характеристика, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей и параметрами, влияющими на точность измерений, значения которых устанавливаются стандартами. Существуют следующие классы точности приборов: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4,0.
Погрешности измерений подразделяются на систематические и случайные [10, c. 57].
Систематическая погрешность характеризуется повторяемостью при измерениях, так как известен характер ее зависимости от измеряемой величины. Такие погрешности делятся на постоянные и временные. К постоянным относят погрешность градуировок приборов, балансировки подвижных частей и т. д. К временным относятся погрешности, связанные с изменением условий применения приборов [9, c. 39].
Случайная погрешность — погрешность измерения, изменяющаяся по неопределенному закону при многократных измерениях какой-либо постоянной величины [4, c. 57].
Погрешности средств измерений определяются методом сличения показаний образцового и ремонтируемого прибора. При ремонте и поверках измерительных приборов в качестве образцовых средств используют приборы повышенного класса точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2.
В метрологии — науке об измерениях — все средства для измерений классифицируют в основном по трем критериям: по виду средств измерений, принципу действия и метрологическому использованию.
По видам средств измерений различают меры, измерительные устройства и измерительные установки и системы [8, c. 28].
Под мерой понимается средство измерений, используемое для воспроизведения заданной физической величины.
Измерительный прибор — средство измерений, используемое для выработки измерительной информации в виде, пригодном для контроля (визуальном, автоматической фиксации и ввода в информационные системы).
Измерительная установка (система) — совокупность различных средств измерений (включая датчики, преобразователи), используемых для выработки сигналов измерительной информации, их обработки и использования в автоматических системах управления качеством выпускаемой продукции.
При классификации средств измерений по принципу действия в названии используется физический принцип действия данного прибора, например магнитный газоанализатор, термоэлектрический преобразователь температуры и т. д. При классификации по метрологическому назначению различаются рабочие и образцовые средства измерения [1, c. 56].
Рабочее средство измерения — средство, используемое для оценки значения измеряемого параметра (температура, давление, расход) при контроле различных технологических процессов.
1 2