sprawdzanie PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW

METROLOGICZNYCH MIERNIKÓW

CEL ĆWICZENIA

Poznanie właściwości użytkowych mierników oraz metody sprawdzania błędów podstawowych elektrycznych przyrządów pomiarowych.

WPROWADZENIE

Narzędzia pomiarowe wykorzystywane w czynnościach handlowych, nauce i technice powinny spełniać określone normami wymagania metrologiczne, celem zapewnienia wymaganej dokładności pomiarów i ich zgodności z jednostkami krajowego i międzynarodowego systemu miar. Z tego powodu istnieje obowiązek okresowego sprawdzania wskazanych grup przyrządów pomiarowych. Sprawdzeniu podlegają m. in. przyrządy stosowane w obrocie publicznym do wyznaczania ilości

i jakości rzeczy lub usług w celu uzyskania prawidłowości rozliczeń, stosowane przy produkcji i badaniu środków leczniczych, przy czynnościach urzędowych, mające znaczenie dla bezpieczeństwa życia, ochrony zdrowia i ochrony środowiska. Pozostałe, nie wymienione grupy przyrządów, nie podlegają obowiązkowej kontroli metrologicznej. Troska o zapewnienie właściwej dokładności tych narzędzi spoczywa na ich producentach i użytkownikach [2].

Sprawdzenie metrologiczne ma na celu m.in. stwierdzenie czy wskazania przyrządów mieszczą się w granicach dopuszczalnych błędów podstawowych. Wymagania oraz szczegółowe warunki

i przebieg sprawdzania mierników elektrycznych analogowych określa norma PN-92/E-06501,

a mierników elektronicznych norma PN-86/T-06500.

Błędy podstawowe przyrządów pomiarowych podawane są najczęściej w postaci wskaźnika nazywanego klasą dokładności, określającego niedokładność pomiarów nimi wykonywanych w warunkach odniesienia. Warunki odniesienia wymagają zgodnie z normami zapewnienia w trakcie pomiarów m.in.:

1. temperatury otoczenia - dla mierników klasy 0,5 i gorszej:(23° ± 2) ° C;

2. wilgotności względnej powietrza:40 ÷ 60 %;

3. dopuszczalnych odkształceń krzywej prądu lub napięcia przemiennego od sinusoidalnego

( tzn. zawartości harmonicznych ) np. dla mierników prostownikowych nie większej niż 1 % wskaźnika klasy dokładności badanego miernika;

4. częstotliwości prądu lub napięcia - 45 ÷ 65 Hz lub zalecanej przez producenta częstotliwości wzorcowania ;

5. pozycji pracy - zgodnej z symbolem pozycji pracy ± 1° ;

6. braku zewnętrznych zakłócających pól elektrycznych i magnetycznych;

7. stałości napięcia zasilania - wartości znamionowej napięcia ± 5 %, jeśli wytwórca nie podał innej tolerancji.

Przed przystąpieniem do sprawdzania, mierniki powinny znajdować się w warunkach odnie-sienia przez co najmniej 2 godz. oraz powinny być wstępnie obciążone. Czas obciążenia wstępnego nie powinien przekraczać 30 minut.

Błąd sprawdzanego przyrządu wyznacza się przez porównanie jego wskazań ze wskazaniami przyrządu lub urządzenia kontrolnego, którego błąd podstawowy nie powinien być większy niż 0,25 wskaźnika klasy przyrządu sprawdzanego, wyrażanego w ten sam sposób.

Zgodnie z normą czynności sprawdzeniowe mierników obejmują :

• oględziny zewnętrzne,

• sprawdzenie wstępne,

• sprawdzenie metrologiczne.

Oględziny zewnętrzne mają na celu sprawdzenie, czy przyrząd nie jest uszkodzony mechanicznie, czy posiada sprawne zewnętrzne elementy regulacyjne itp.

Sprawdzenie wstępne ma za zadanie m. in. ustalić wskazanie zerowe przyrządu, stwierdzić czy wskazówka przyrządu przemieszcza się swobodnie wzdłuż podziałki.

Sprawdzenie metrologiczne można wykonywać po pozytywnej ocenie dwóch poprzednich sprawdzeń. Błędy podstawowe wyznacza się na wszystkich zakresach pomiarowych, w wszystkich opisanych cyframi punktach podziałki (wraz z kreską zerową) miernika. Liczba punktów sprawdza-nych nie powinna być mniejsza niż pięć (łącznie z dolną i górną granicą zakresu pomiarowego). Te same punkty podziałki sprawdza się dwukrotnie; w trakcie zwiększania oraz w trakcie zmniejszania wartości wielkości mierzonej. W przypadku mierników o klasie dokładności 0,3 i lepszej należy sprawdzać nie mniej niż 10 punktów podziałki.

W przypadku badania przyrządów wielozakresowych każdy z zakresów powinien być sprawdzany oddzielnie, chociaż normy pozwalają uprościć sprawdzanie wielozakresowych mierników magnetoelektrycznych o wspólnej podziałce. W takim przypadku tylko dla jednego (podstawowego) zakresu pomiarowego wyznacza się błędy w ocyfrowanych punktach podziałki. Na pozostałych zakresach pomiarowych sprawdza się tylko końcowe punkty podziałki. Błędy w pozostałych punktach określa się analitycznie. Obliczone wartości błędów należy zaokrąglić do wartości będącej krotnością rozdzielczości podziałki (nie mniej niż 0,1 działki).

W trakcie sprawdzania mierników elektronicznych na zakresach zmiennoprądowych należy zapewnić sprawdzanie napięciem sinusoidalnym o współczynniku szkodliwej modulacji amplitudy

i współczynniku zniekształceń nieliniowych nie przekraczającymi 1/5 wartości granicznego błędu sprawdzanego miernika, niestałość napięcia w czasie nie krótszym niż 5 minut nie powinna przekraczać 1/10 tego błędu. Woltomierze prądu zmiennego sprawdza się na jednej z częstotliwości pasma odniesienia lub na częstotliwości wzorcowania ( dla multimetrów elektronicznych najczęściej jest to częstotliwość 1 kHz ).

Na podstawie wyników pomiarów stwierdza się, czy obliczone dla każdego sprawdzanego punktu podziałki błędy, mieszczą się w granicach określonych klasą dokładności przyrządu.

Błąd przyrządu mieści się w jego klasie dokładności, jeżeli wyznaczony dla każdego sprawdzanego punktu podziałki błąd względny ( odniesiony do znamionowego zakresu miernika ) nie przekracza wartości błędu granicznego, określonego przez klasę dokładności badanego przyrządu.

Jeśli błąd mieści się w dopuszczalnych granicach, to dla przyrządów klasy 0,5 i lepszej można sporządzić wykaz poprawek w funkcji wskazań. przyrządu. Poprawki wyraża się w działkach dla mierników wielozakresowych o wspólnej podziałce lub w wartościach wielkości mierzonej dla mierników jednozakresowych.

Obliczone wartości poprawek należy zaokrąglić do wartości będącej krotnością rozdzielczości podziałki ( nie mniej niż 0,1 działki ).

PROGRAM ĆWICZENIA

1. Sprawdzanie błędu podstawowego woltomierzy analogowych :

• dokonać sprawdzenia wielkość błędu podstawowego woltomierza V_b napięcia stałego poprzez porównanie jego wskazań ze wskazaniami woltomierza kontrolnego (wzorcowego) V_k., dobranego zgodnie z zaleceniami normy. Układ pomiarowy wg rys.1. Podczas spraw-dzania wskazówkę badanego miernika ustawiać kolejno dokładnie na opisaną kreskę podziałki i wówczas dopiero odczytywać wskazanie miernika kontrolnego. Sprawdzenie miernika wielozakresowego odbywa się na wszystkich podzakresach pomiarowych.

Te same punkty podziałki należy sprawdzić dwukrotnie, tzn. raz, zmieniając wielkość mierzoną od wartości początkowej do wartości końcowej odpowiadającej zakresowi i drugi raz, podczas zmiany od wartości końcowej, po uprzednim zwiększeniu wielkości mierzonej do 120% wartości górnej granicy zakresu pomiarowego, do wartości odpowiadającej kresce zerowej podziałki.

Rys.1. Sprawdzanie woltomierza przez porównanie wskazań.

• przykładowa tabela pomiarowa :

Tabela 1

przyrząd badany		przyrząd kontrolny Uk	błędy pomiaru		poprawka	Uwagi :
zakres UN	wskazanie UB			ΔU = UB - Uk	δUmax.		p = - Δ U
V		V		%	V
						typ . . . . .
						klasa . . . .

Błąd względny podstawowy maksymalny δU_max oblicza się w odniesieniu do wartości zakresu miernika U_N :

100 % ( 1 )

gdzie :

Δ U_max - maksymalna wartość błędu bezwzględnego ( ΔU = U_B - U_k ) sprawdzanego

miernika;

U_N -zakres pomiarowy badanego miernika.

2. Sprawdzenie błędu podstawowego amperomierza :

• dokonać sprawdzenia amperomierza w układzie :

Rys.2. Sprawdzanie amperomierza metodą porównania wskazań

• zasada postępowanie w trakcie pomiarów, podobna jak w pkt. poprzednim,

• rezystor regulowany R jako dodatkowy element do zmiany wartości prądu w badanym obwodzie.

• przykładowa tabela pomiarowa :

Tabela 2

amperomierz badany		przyrząd kontrolny I K	Błędy pomiaru		poprawka	Uwagi :
zakres I N	wskazanie I B			ΔI = IB - Ik	δ Imax.		p = - Δ I
mA		mA		%	mA
						typ . . . . .
						klasa . . . .

maksymalny błąd względny δI_max należy obliczyć z zależności:

100 % (2)

3. Pomiar rezystancji wejściowej oraz poboru mocy woltomierza i amperomierza:

• pomiar rezystancji i poboru mocy woltomierza w układzie wg rys. 3a;

• pomiar rezystancji i poboru mocy amperomierza - w układzie wg rys. 3b.

a) b)

Rys.3. Układy pomiarowe do pomiarów rezystancji wejściowej i poboru mocy

• pomiary przeprowadzić dla dostępnych zakresów pomiarowych sprawdzanych mierników.

Woltomierz Tabela 3.

Zakres pomiarowy	Pomiary		Obliczenia		Typ przyrządu
		I V	U V	R V		P V
V	A	V	Ω	W

Amperomierz Tabela 4.

Zakres pomiarowy	Pomiary		Obliczenia		Typ przyrządu
		I A	UA	R A		P A
A	A	V	Ω	W

OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW :

W sprawozdaniu należy m.in. przedstawić :

1. Rezultaty pomiarów i obliczeń błędów podstawowych sprawdzanych mierników.

Określić czy badane mierniki spełniają warunki posiadanych klas dokładności .

2. Sporządzone na podstawie wyników pomiarów wykresy wartości błędów badanych mierników ( ΔU = f (U_B) , Δ I = f ( I _B ) dla pomiarów narastających i malejących.

3. Rezultaty pomiarów rezystancji wewnętrznej i mocy pobieranej przez badane przyrządy pomiarowe.

4. Dyskusję wyników pomiarów.

PRZYKŁADOWE ZAGADNIENIA DO TEORETYCZNEGO PRZYGOTOWANIA

1. Błędy podstawowe i dodatkowe miernika. Warunki odniesienia.

2. Klasa dokładności przyrządu analogowego i cyfrowego. Interpretacja klasy dokładności.

3. Zasady sprawdzania klasy dokładności przyrządów.

4. Zasady doboru mierników wzorcowych do sprawdzeń.

5. Wpływ klasy dokładności oraz wartości wielkości mierzonej na niedokładność pomiaru.

6. Podstawowe parametry mierników i ich interpretacja.

7. Parametry mierników o różnych typach przetworników, porównanie rezystancji wejścio-wych mierników.

8. Rodzaje i własności przetworników elektromechanicznych.

Kolegium Karkonoskie Laboratorium miernictwa

4

Sprawdzanie parametrów mierników

V_k

V_b

Źródło

regulowanego

napięcia

A_b

A_k

R

U_V

U_A

I_A

I_V

R

A

A

V

V

---