metro do nauki.docx

(2584 KB) Pobierz

1. Pomiar (problemy związane z pomiarem napięcia, prądu, rezystancji)

2. Błędy (błąd graniczny) ich rodzaje, sposoby wyznaczania itp.

3. Zasada zapisu wyniku pomiaru

4. Budowa przyrządów pomiarowych

5. Budowy i zasady działania ustrojów pomiarowych

6. Statyczne i dynamiczne właściwości przetworników i przyrządów

7. Przetwornik analogowo cyfrowy z podwójnym całkowaniem

1. Pomiar – wyznaczenie wartości wielkości mierzonej przez porównanie ze wzorcem i ocena dokładności tego

Metody pomiaru:

$C:\Users\user\Desktop\1.jpg$

$C:\Users\user\Desktop\2.jpg$

POMIARY WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH

$C:\Users\user\Desktop\14.jpg$

$C:\Users\user\Desktop\15.jpg$

2. BŁĘDY

błąd bezwzględny – różnica pomiędzy wartością zmierzoną X a poprawną (rzeczywista) Xp; wyrażany jest w jednostkach wielkości mierzonej; przyjęto stosować zapis:

błąd względny (procentowy) – błąd bezwzględny odniesiony do wartości poprawnej lub wartości zmierzonej, gdyż zwykle zachodzi relacja Xp»X; najczęściej jest przedstawiany w procentach; przyjęto stosować zapis:

Błędy w metodzie bezpośredniej w pomiarach wykonywanych przyrządami analogowymi (wskazówkowymi)

Na dokładności wykonywanych pomiarów głównie wpływają:

- błąd aparaturowy

- błąd odczytu

- błąd metody pomiaru

Błąd aparaturowy (podstawowy) wynika z klasy dokładności przyrządu. Dla przyrządów elektrycznych wskazówkowych rozróżnia się 5 klas dokładności: 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5.

Jeżeli pomiary wykonywane są w tzw. warunkach odniesienia, tzn. w warunkach zewnętrznych wymienionych w normie lub instrukcji obsługi przyrządu, to dokładność miernika charakteryzuje podstawowy błąd graniczny, dopuszczalny przez jego klasą dokładności. Błąd graniczny dopuszczalny DgX, wynika z definicji klasy dokładności:

gdzie: - zakres pomiarowy przyrządu.

Przekształcając wzór definicyjny, uzyskujemy wzór obliczeniowy na wyznaczenie błędu granicznego, bezwzględnego miernika:

Warto zauważyć, że bezwzględny błąd graniczny przyjmuje stałą wartość, niezależną od mierzonej wartości.

Względny błąd graniczny obliczamy z zależności:

w których X jest wartością zmierzoną.

Z powyższych zależności wynika, że względny błąd graniczny bardzo szybko rośnie w miarę zmniejszania się odchylenia wskazówki, stąd kryterium wykonywania dokładnych pomiarów nie zaleca pomiarów przy odchyleniach wskazówki poniżej połowy zakresu podziałki.

Przykład 1: Amperomierzem o zakresie Iz = 5A i kl.1, zmierzono prądy 0,5A; 2,5A; 5A. Jakie błędy graniczne miał miernik w tych pomiarach?

Wartość bezwzględna błędu granicznego dopuszczalnego nie zależy od wartości mierzonej:

= const

Wartości względnych błędów granicznych dopuszczalnych, dla poszczególnych prądów są następujące:

dla I = 5A (pełny zakres pomiarowy): = kl.

dla I = 2,5A (połowa zakresu pomiarowego): = 2 kl.

dla I= 0,5A (zakresu pomiarowego): = 10 kl.

Jeżeli pomiary nie są wykonywane w warunkach odniesienia, to przyrządy mają tzw. błędy dodatkowe, których wartości można określić na podstawie informacji zawartych w instrukcji obsługi przyrządu lub stosownej normie.

Źródłem błędu dodatkowego może być temperatura otoczenia odbiegająca od podanego zakresu temperatur odniesienia. Zwykle zakres tych temperatur oscyluje w okolicach 230C i jest zależny od typu i klasy przyrządu. Np. dla przyrządów o zakresie temperatur otoczenia (23 ± 5)0C, pomiary w temperaturach poza wymienionym zakresem obarczone będą błędem temperaturowym, tym większym, im większa jest różnica od temperatur granicznych.

Na pracę przyrządów analogowych wpływają też obce pola magnetyczne i elektryczne, a także parametry sygnałów pomiarowych, m.in. ich kształt i częstotliwość. Wynikające stąd błędy mogą dominować względem podstawowych i jeżeli nie zostaną zauważone, to pomiary mogą być bezwartościowe.

Pomiary przyrządami analogowymi wymagają starannych odczytów położenia wskazówki względem podziałki. Staranność ta polega na umiejętności umyślnego, proporcjonalnego podziału działki elementarnej skali miernika, czyli odległości między jej sąsiednimi kreskami. W zależności od klasy miernika, odczytów odchylenia wskazówki należy dokonać z dokładnością 0,1 lub 0,2 działki elementarnej – dla przyrządów klas laboratoryjnych, i 0,5 działki – dla przyrządów klas technicznych (kl.1 i gorszych). Tak wykonane odczyty pozwalają nie uwzględniać w obliczeniach błędów odczytu.

Przykład 2: Przyrządem kl. 0,5 i am = 75dz uzyskano odczyt a = 50,4działki, z dokładnością odczytu 0,1 działki. Porównać błąd odczytu z błędem granicznym dopuszczalnym miernika, wyrażając je w działkach.

Jest: ; Doa = 0,1dz

Błąd odczytu jest ok. 4 razy mniejszy od błędu granicznego i może być pominięty.

Przykład.3. Z miernika jak w przykładzie 2. odczytano z dokładnością do 1 działki elementarnej wskazanie a=50dz. Porównać błędy.

Teraz jest: i Doa = 1dz

Błąd odczytu jest większy od błędu granicznego o ok. 2,5 razy. Dominuje więc błąd odczytu i znacznie zmniejsza dokładność pomiarów. Wynika też to z porównania błędów względnych:

Błąd metody występuje wtedy, gdy zastosowana metoda pomiaru nie umożliwia zmierzenia ściśle tej wartości, która miała być zmierzona. W pomiarach metodą bezpośrednią, wykonywanych przyrządami wskazówkowymi, źródłem błędów metody jest pobór mocy z obiektu pomiaru przez mierniki. Wynikiem tego, np. woltomierz nie mierzy napięcia źródłowego (sem), a tylko napięcie źródła obciążonego rezystancją wewnętrzną miernika. Ocena błędów metody będzie przedmiotem dalszych ćwiczeń.

Odczytów wartości wskazań przyrządów wskazówkowych dokonuje się bezpośrednio w jednostkach wielkości mierzonej lub pośrednio przez odczyt liczby działek odchylenia wskazówki. Pierwszy sposób realizowany jest w miernikach klas technicznych i miernikach uniwersalnych. Podziałki w nich opisane są wartościami mierzonej wielkości, dzięki temu pomiary są stosunkowo szybkie.

Natomiast podziałki przyrządów laboratoryjnych, wielozakresowych, umożliwiają dokonania odczytów w działkach, które następnie przeliczane są na wartość wielkości mierzonej za pomocą tzw. stałej zakresowej c przyrządu:

Stałe zakresowe oblicza się z parametrów miernika:

- stała woltomierza ,

- stała amperomierza

- stała watomierza

Przykład 4: Woltomierzem o danych: kl. 0,2 , am = 150dz, Uz = 15V, zmierzono napięcie uzyskując wskazanie a = 122,6dz. Określić wartość mierzonego napięcia.

Właściwości pomiarów przyrządami analogowymi

Na czynności pomiarowe składają się

- teoretyczne i praktyczne przygotowanie pomiaru,

- techniczna realizacja pomiaru,

- opracowanie i ocena wyniku.

Pomiary powinny być zawsze poprzedzone rozpoznaniem obiektu pomiaru, na tyle starannym, na ile jest to potrzebne do doboru odpowiedniej metody pomiarowej i właściwych narzędzi pomiarowych. Metodę pomiarową dobiera się na podstawie szacunkowej oceny rzędu wartości mierzonej wielkości oraz pożądanej dokładności pomiaru. Zestawione w układ pomiarowy narzędzia pomiarowe urzeczywistniają metodę pomiarową i bezpośrednio wpływają na dokładność pomiarów.

Metoda pomiaru bezpośrednia, realizowana za pomocą przyrządów analogowych, gwarantuje umiarkowany poziom dokładności, w najlepszym przypadku ok. 0,5% dla pomiarów przyrządami kl. 0,2. Ze względu na proste i szybkie pomiary mierniki wskazówkowe są powszechnie stosowane w pomiarach wielu wielkości elektrycznych i nieelektrycznych o wartościach przeciętnych, przy tym biorąc pod uwagę pełny zakres mierzalności danej wielkości. Np. zakres mierzalności napięcia obejmuje wartości od 1nV do setek kV, zaś woltomierze wskazówkowe mają zakresy od pojedynczych miliwoltów do 1kV.

Dobór odpowiedniego miernika wskazówkowego musi uwzględniać jego rodzaj, zakres pomiarowy i klasę dokładności. W przypadku stosowania woltomierzy i amperomierzy - szczególnie wtedy, gdy obiekt pomiaru jest małej mocy- nie do pominięcia jest też ocena ich rezystancji wewnętrznych.

Przed przystąpieniem do pomiarów przyrządem wskazówkowym zawsze należy w nim sprawdzić położenie zerowe wskazówki i ewentualnie przeprowadzić czynności zerowania.

W miernikach wielozakresowych i wielofunkcyjnych (tzw. multimetrach), przed włączeniem ich do obwodu należy nastawić właściwą funkcję pomiarową i dobrać odpowiedni zakres pomiarowy.

Ze względu na ich wpływ na wyniki pomiarów, błędy możemy podzielić na:

· błędy systematyczne,

· błędy przypadkowe,

· błędy grube.

   Błędy systematyczne zawsze w ten sam sposób wpływają na wyniki pomiarów wykonywanych tą samą metodą i przy pomocy takich samych przyrządów. Na ich wartość wpływa jakość przyrządów pomiarowych, warunki otoczenia (np. temperatura, wilgotność) oraz błędny dobór metody pomiarowej.

   Błędy przypadkowe pojawiają się przy wykonywaniu takich samych pomiarów w tym samym miejscu i tym samym sprzętem w krótkim odstępie czasu. Mogą być spowodowane błędami odczytów wskazań, histerezą przyrządów i tarciem na łożyskach ustrojów pomiarowych. Mogą one wynikać również z fizycznej niestałości badanego obiektu.

   Błędy grube (nadmierne) wynikają z niestaranności przeprowadzenia eksperymentu pomiarowego i jako takie wymagają ponownego powtórzenia pomiarów.

5. BUDOWY I ZASADY DZIAŁANIA USTROJÓW POMIAROWYCH

USTRÓJ MAGNETOELEKTRYCZNY:

$C:\Users\user\Desktop\33.jpg$

$C:\Users\user\Desktop\44.jpg$ $C:\Users\user\Desktop\5.jpg$

Kąt o jaki obróci się element ruchomy zależy od: stałej zwracania sprężyny k, stałej (w zakresie ruchu cewki) wartości indukcji pola magnetycznego B, liczby zwojów cewki z, średniej szerokości zwoju cewki d, głębokości zanurzenia cewki w szczelinie magnesu (długość na której następuje oddziaływanie) l oraz od prądu I przepływającego przez cewkę.

Moment sił elektromagnetycznych:

$M_e = B z d l I \,$