При вимірюванні будь-якої фізичної величини за допомогою різних засобів вимірювань, як би ретельно не провадилося вимір, неможливо отримати результат, вільний від спотворень. Ці спотворення можуть виникати внаслідок недосконалості застосовуваних методів і засобів вимірювань, впливу на показання приладу умов вимірювання і ряду інших причин. Спотворення, які супроводжують будь-яке вимірювання, зумовлюють похибки вимірювань - відхилення результату вимірювань від істинного значення вимірюваної величини.
Абсолютна похибка вимірювання виражається в одиницях вимірюваної величини і визначається за формулою:
де А - значення, отримане при вимірюванні,
А0 - істинне значення вимірюваної величини Оскільки істинне значення вимірюваної величини залишається невідомим, як А0 умовно приймають значення, зване дійсним, яке отримано за допомогою методу або приладу більш високої точності.
Відносна похибка виражається у відсотках і визначається за формулою
Наведеної похибкою називається відношення абсолютної похибки вимірювання до повного розмаху шкали приладу, виражене у відсотках:
де Ан і Ак - показання приладу на початку і кінці шкали.
Варіацією називається найбільша експериментально отримана різниця між показаннями вимірювального приладу, що відповідає одному і тому ж дійсного значення вимірюваної величини при прямому і зворотному ходах (в незмінних умовах вимірювання):
де Ап і Аоб - свідчення вимірювального приладу при прямому і зворотному ходах.
Варіації викликаються тертям в механізмі приладу, зазорами (люфтами) в кінематичних парах, гистерезисом, залишковими деформаціями в пружних елементах приладу і т.п. Варіація, виражена у відсотках від розмаху шкали приладу, повинна бути менше допустимої основної похибки приладу:
Впр = ((Ап-АТ6) / (Ак-Ан)) • 100% (2.5)
Метрологічній характеристикою точності більшості технічних засобів вимірювань є межі основної та додаткової похибок. Основний похибкою називається похибка засобу вимірювання, що використовується в нормальних умовах його експлуатації, які визначаються ГОСТами або іншими технічними умовами на кошти вимірів. Під нормальними розуміють такі умови експлуатації приладу, при яких впливають на вимірювання величини (температура, тиск, вологість навколишнього повітря, напруга живлення, рівень вібрацій і т.п.) знаходяться в межах допустимих значень. Додатковою називається похибка, що виникає при виході параметрів, що характеризують умови експлуатації приладу, за область допустимих значень. Під межами основної і додаткової похибки розуміють найбільшу (без урахування знака) відповідну похибку кошти вимірів, при якій воно може бути визнано придатним і допущено до застосування. Межі допустимих основної та додаткової похибок засобів вимірювань встановлюються у вигляді абсолютних і наведених похибок.
Клас точності - це узагальнена характеристика засобів вимірювань, яка визначається межами допустимих основної та додаткової похибок, а також іншими властивостями засобів вимірювань, що впливають на їх точність, значення яких регламентуються стандартами. Під класом точності розуміють число, відповідне абсолютній величині допустимої основної зведеної похибки. Це число наводиться на шкалі приладу або в його технічній характеристиці. Класи точності приладів вибираються з ряду:
К = (1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0; 5,0; 6,0) 10 п,
Прилади автоматичного контролю випускаються класом від 0,2 до 4,0.
Для визначення фактичної похибки вимірювальних приладів їх періодично піддають перевірці. Повіркою називається комплекс заходів, що проводяться з метою встановлення працездатності приладу і достовірності його показань. Повірка вимірювальних приладів полягає у визначенні його найбільшою зведеної похибки і порівняння її з класом точності даного приладу. Прилад вважається придатним для експлуатації, якщо його найбільша приведена похибка і варіація, яка визначається за формулою (2.5), не перевищують присвоєний йому клас точності.
Для виконання повірочних операцій необхідно розташовувати вимірювальними пристроями більш високого класу точності: клас точності вивіреного приладу повинен бути на 3-5 класів вище класу точності вивіреного приладу. Наведена похибка і варіація визначаються для всіх оцифрованих відміток шкали вивіреного приладу при прямому і зворотному ходах вимірювань. Дані перевірки заносяться до протоколу.
Градуювання вимірювального приладу називається операція, за допомогою якої розподілам шкали приладу присвоюються значення, виражені в одиницях вимірюваної величини.
Вивчення і перевірка працездатності приладів
Лабораторна робота №1 «Вивчення та перевірка
Працездатності потенціометра і мілівольтметра »
Мета роботи: Вивчення будови і принцип дії автоматичного потенціометра і мілівольтметра; придбання навичок з перевірки працездатності зазначених приладів.
Термоелектричний термометр складається з термоелектричного перетворювача температури (термопари) і вторинного приладу. Вимірювання температури здійснюється непрямим методом - шляхом вимірювання за допомогою вторинного приладу термоелектродвіжущей сили (термоЕРС) термопари, однозначно залежить від різниці температур робочого (гарячого) спаю термопари і її вільних кінців. Ця залежність (статична характеристика термопари) стандартизована для температури вільних кінців, рівній 0ºС. При температурі вільних кінців Т ºС величина ЕРС термопари ЕТ (t) відрізняється від стандартної на постійну величину Е0 (Т):
де ЕТ (t) і Е0 (t) - ЕРС термопари при температурі робочого спаю t ºС і температурі вільних кінців відповідно Т ºС і 0 ° С;
Е0 (Т) - ЕРС термопари при температурі робочого спаю Т ºС і температурі вільних кінців 0 ºС.
За рівняння (3.1) характеристика термопари може бути перерахована для будь-якої температури вільних кінців термопари.
В якості вторинних приладів для вимірювання термоЕРС застосовуються мілівольтметри і автоматичні потенціометри. Шкали вторинних приладів, призначених для роботи з термопарами, градуйовані в одиницях температури. Так як залежності термоЕРС Ео (t) від температури у різних типів термопар відрізняються один від одного, на шкалі конкретного приладу вказується тип термопари, для якої проградуірована шкала даного приладу: ХК - хромель-копелеві термопара, ХА - хромель-алюмелеві і т.д . Термопари інших марок в комплекті з цим приладом не можуть застосовуватися без градуювання його шкали.
Слід пам'ятати, що позначки на шкалі приладів може бути проведена і при температурі вільних кінців термопари, відмінною від 0 ºС. В сучасних автоматичних потенціометрів, призначених для роботи з термопарами (потенціометри можуть застосовуватися для вимірювання інших фізичних величин, перетворених в напругу постійного струму), передбачена автоматична компенсація вимірювання дійсної температури вільних кінців термопари для виключення виникає при цьому помилки вимірювання температури.
В основу роботи потенціометра покладено компенсаційний метод вимірювання, який полягає в врівноважені (компенсації) вимірюваної ЕРС відомим падінням напруги.
Принципова схема вимірювання ЕРС термопреобразователя компенсаційним методом показана на малюнку 3.1.1. Схема містить: Б - батарею; г-реостат; Rр - калібрований реохорд; НГ - нуль-гальванометр; Т - термоелектричний перетворювач (термопару); НЕ - нормальний елемент Вестона; RK - контрольне опір; П - перемикач.
Найпростіша потенциометрическом схема складається з трьох взаємопов'язаних електричних ланцюгів - робочої, вимірювальної та контрольної. Під дією ЕРС батареї в робочій ланцюга протікає струм Iр, величина якого визначається сумою трьох опорів - реостата г, опору RK і опору реохорда Rр. При сталості струму Iр реохорд може розглядатися як відомий джерело напруги, величина якого визначається положенням движка, а полярність - напрямом струму в робочій гілки. До реохорд зустрічно через нуль-гальванометр НГ, званий нуль-приладом, підключений термоперетворювач Т з невідомим значенням ТЕДС. У разі нерівності ЕХ і падіння напруги UАД на ділянці реохорда АД в вимірювальної ланцюга виникає напруга розбалансу, наявність якого визначається по відхиленню стрілки нуль-приладу. При переміщенні движка реохорда в напрямку, відповідному зменшенню напруги розбалансу, в момент рівності ЕХ = UАД стрілка нуль-приладу встановиться на нульовій позначці, тобто ток в вимірювальної ланцюга дорівнюватиме нулю, і за шкалою каліброваного реохорда можна визначити величину падіння напруги, а отже, і невідому ЕРС. Результат вимірювання буде правильний лише за умови сталості струму IР. Оскільки ЕРС батареї змінюється з плином часу внаслідок незворотності що протікають в ній при розрядці електрохімічних процесів, ток в робочій ланцюга підтримується постійним за рахунок зміни опору реостата р
Установка робочого струму проводиться за допомогою контрольної ланцюга. Для цього перемикач П встановлюють в положення К (контроль). При цьому термопара Т відключається від схеми, нормальний елемент НЕ підключається так, що його напруга порівнюється з напругою на контрольному опорі RК. Рівності ЕНЕ = IР RK відповідає необхідне значення струму IР. При виконанні цієї умови струм через нуль-прилад протікати не буде і його стрілка повинна знаходиться на нульовій позначці, що досягається шляхом зміни опору реостата р Даний метод вимірювання ЕРС є одним з найбільш точних.
Малюнок 3.1.1 - Принципова схема вимірювання ТЕДС