Разработка методик выполнения измерений средневыпрямленного значения напряжения сложной формы на выходе резистивного делителя напряжения

Курсовая работа

По Методам и средствам измерений, испытаний и контроля

Тема: «Разработка методик выполнения измерений средневыпрямленного значения напряжения сложной формы на выходе резистивного делителя напряжения»

1. Разработка основных этапов МВИ

1.1 Формирование исходных данных

1.2 Выбор методов и средств измерений

2. Разработка документации Заключение Используемая литература

Введение

Методика выполнения измерений (МВИ) — это нормативный документ, который регламентирует методы, технические средства, теоретические зависимости и алгоритм выполнения измерений и вычислений.

Получение результатов измерений с известной точностью, не превышающей допускаемых пределов, является важнейшим условием обеспечения единства измерений. Таким образом, МВИ, отвечающие современным требованиям, играют решающую роль в обеспечении единства измерений. МВИ определяют качество измерений, разрабатываются и применяются с целью обеспечения измерений физических величин с точностью, правильностью и достоверностью, удовлетворяющих регламентированным для них норм. Существует два вида МВИ: типовая и индивидуальная. Типовая МВИ — МВИ, рассчитанная на применение любого экземпляра СИ и вспомогательных технических средств, характеристики которых удовлетворяют требованиям описания МВИ.

Индивидуальная МВИ — МВИ, рассчитанная на применение конкретных экземпляров СИ и вспомогательных технических средств и при определении показателей качества которой учитывались индивидуальные свойства этих экземпляров.

Целью данной курсовой работы является получение практических навыков разработки МВИ, основными этапами которой являются:

1) формирование исходных данных для разработки МВИ;

2) выбор методов и средств измерений (далее — СИ);

3) разработка описания МВИ, оформление результатов разработки МВИ.

При разработке МВИ одним из основных исходных требований является требование к точности измерений.

1. Разработка основных этапов МВИ

1.1 Формирование исходных данных

Измеряемая величина — средневыпрямленное значение напряжения переменного тока на выходе резистивного напряжения.

Характеристики измеряемых величин:

Амплитудное значение напряжения, В, не более — 0,5

Значение напряжения: средневыпрямленное Форма сигнала: ДТФ (двухполярные импульсы треугольной формы) со скважностью Q=2

Частота сигнала, кГц, не более — 50

Нормы точности измерений:

Относительная погрешность результата измерения напряжения, %, не более — ±4,0

Условия измерений:

Диапазон температуры окружающего воздуха, К, — 288−298

Относительная влажность воздуха, % - 50 — 80

Характеристики объекта измерений:

Сопротивление R резисторов делителя, МОм — 0,5

1.2 Выбор методов и средств измерений

Поставленная измерительная задача может быть решена при использовании вольтметра переменного тока.

Как известно, эти вольтметры строятся с применением различного вида детекторов, причем их шкалы градируются поразному.

Далее рассмотрим три характерных типа вольтметра:

1. Вольтметр с амплитудным детектором, шкала которого проградуирована в амплитудных значениях сигнала любой формы.

2. Вольтметр с детектором среднеквадратического значения, показания, которого всегда соответствуют среднеквадратическому значению напряжения любой формы.

3. Вольтметр с амплитудным детектором, шкала которого проградуирована в среднеквадратических значениях напряжения синусоидальной формы.

4. Вольтметр с детектором средневыпрямленного значения, шкала которого проградуирована в среднеквадратических значениях напряжения синусоидальной формы.

• Рис. 1 Схема измерительной установки
• Построим временной график исследуемого сигнала.

Рис. 2 Временной график исследуемого сигнала.

Выведем соотношения для всех четырех вариантов используемых вольтметров. Выходы всех вольтметров закрыты для постоянной составляющей сигнала.

Проанализируем исследуемый сигнал. Постоянная составляющая U_пост=0. Соответственно

1. Проанализируем вольтметр с амплитудным детектором, шкала которого проградуирована в амплитудных значениях сигнала любой формы.

Известно, что показание любого вольтметра всегда соответствует тому значению сигнала, каков тип детектора. Вход вольтметра закрыт для постоянной составляющей, т. е. вольтметр реагирует на амплитуду сигнала. Отсюда:

Переход от тождества к равенству с учетом градуировочного коэффициента, в данном случае:

Далее:

;

Отсюда, следовательно имеем Отсюда средневыпрямленное значение, определенное по показанию:

2. Проанализируем вольтметр с детектором среднеквадратического значения, шкала которого проградуирована в среднеквадратических значениях сигнала любой формы.

Известно, что показание любого вольтметра всегда соответствует тому значению сигнала, каков тип детектора. Отсюда:

С учетом градуировочного коэффициента:

3. В случае применения вольтметра с амплитудным детектором, шкала которого проградуирована в среднеквадратических значениях сигнала синусоидальной формы справедливо следующее тождество:

Переход от тождества к равенству осуществляется с помощью градуировочного коэффициента.

В данном случае (с учетом особенностей градуировки шкалы).

Так как, то средневыпрямленное значение, определенное по показанию:

4. В случае применения вольтметра с детектором средневыпрямленного значения, шкала которого проградуирована в среднеквадратических значениях сигнала синусоидальной формы справедливо следующее тождество:

Переход от тождества к равенству осуществляется с помощью градуировочного коэффициента.

В данном случае (с учетом особенностей градуировки шкалы).

Соответственно вычисляем средневыпрямленное значение, определенное по показанию:

Сравнение четырех выражений доказывает, что использование вольтметра с детектором средневыпрямленного значения, шкала которого проградуирована в среднеквадратических значениях сигнала синусоидальной формы позволяет существенно упростить обработку полученных данных.

Однако следует учесть, что это расчетное значение, определенное по показанию, пока еще не учитывает характеристики точности и правильности показаний.

Средневыпрямленное значение напряжения с учетом класса точности вольтметра находится в интервале:

где — средневыпрямленное значение напряжения, определенное по показанию; - абсолютная детерминированная поправка к показанию вольтметра; - абсолютная погрешность результата измерения напряжения.

При R1=R2=R абсолютная поправка к показанию вольтметра может быть определена по формуле:

Класс точности средства измерения (вольтметра) определяет величину максимально допустимого абсолютного отклонения показания вольтметра от измеряемого значения.

Далее выберем вольтметр, исходя из поставленных требований к характеристикам точности.

При можно сделать вывод о возможности применения как типовых стрелочных, так и цифровых вольтметров.

Выберем вольтметр переменного тока В3−38.

Согласно техническому описанию данный вольтметр предназначен для измерения напряжения переменного тока в диапазоне от 0,1 мВ до 300 В в диапазоне частот от 20 Гц до 5 МГц.

Показания прибора пропорциональны среднему значению, а шкала проградуирована в эффективных значениях синусоидального напряжения.

Технические характеристики.

Следовательно при необходимости снятия показаний 0,5 В:

Относительная погрешность результата измерения напряжения что удовлетворяет поставленным требованиям.

Абсолютная погрешность показания от измеренного значения определим по формуле:

(В) При R1=R2=R абсолютная поправка к показанию вольтметра может быть определена по формуле:

Таким образом, измеряемое средневыпрямленное значение напряжения сложной формы на выходе резистивного делителя напряжения находится в пределах:

3. Разработка документации на МВИ

вольтметр измерение ток напряжение Методика выполнения измерений

1. Вводная часть.

Настоящий документ устанавливает методику выполнения измерений переменного напряжения сложной формы на выходе резистивного делителя напряжения методом вольтметра в рабочих условиях.

2. Требования к точности измерений.

Реализация данной МВИ обеспечивает выполнение измерений переменного напряжения сложной формы с максимально допустимым отклонением показания от измеряемой величины не более ±4,0%.

3. Метод измерений.

Измерение переменного напряжения сложной формы выполняют методом непосредственной оценки, реализованным с помощью вольтметра. Значение переменного напряжения сложной формы является результатом прямых измерений с помощью вольтметра.

4. Средства измерений и вспомогательные устройства.

При проведении измерений применяют средства измерений, технические характеристики которых приведены в таблице 1:

Табл. 1

5. Требования безопасности.

При выполнении измерений переменного напряжения сложной формы необходимо соблюдать следующие требования безопасности:

ь к работе с вольтметром допускаются лица изучившие работу вольтметра и его составных частей и прошедшие проверку знаний по технике безопасности при работе с электроустановками напряжением до 1000 В (с делителем — свыше 1000 В).

ь Перед включением вольтметр необходимо заземлить, для чего зажим защитного заземления «» на задней панели вольтметра подсоединить к контуру защитного заземления.

ь Подключение к вольтметру и отключение измерительных кабелей производится только при обесточенных электрических цепях.

ь Лица, допущенные к работе должны проходить ежегодную проверку знаний по технике безопасности.

6. Требования к квалификации операторов.

К выполнению измерений и обработке их результатов допускаются лица, имеющие среднетехническое, неполное высшее образование, прошедшие инструктаж в соответствии со стандартом предприятия, изучившие техническую документацию на применяемые средства измерения.

7. Условия измерений.

При выполнении измерений соблюдают условия, приведенные в таблице 2:

Табл. 2

8. Подготовка к выполнению измерений.

При подготовке к выполнению измерений следует провести следующие работы:

· убедиться в отсутствии механических повреждений;

· убедиться в наличии действующих сертификатов калибровки у применяемого средства измерений;

· установить прибор в горизонтальное положение;

· установить тумблер СЕТЬ в положение ВКЛ;

· перед измерением прогреть прибор в течение 15 минут;

9. Выполнение измерений.

При выполнении измерений напряжения переменного тока на выходе резистивного делителя напряжения производят отсчет показаний по индикаторному табло, получая показания .

10. Обработка результатов измерений.

Обработка результатов измерений переменного напряжения сложной формы производится согласно методике проведения однократного измерения:

· Анализ априорной информации;

· Получение одного значения отсчета ;

· Определение средневыпрямленного значения показания прибора согласно зависимости:

· Определение максимально возможного абсолютного отклонения результата однократного измерения от значения измеряемой величины.

где — относительное отклонение показаний от измеряемого значения напряжения:

· Определение абсолютной детерминированной поправки к показаниям вольтметра:

· Определение пределов, в которых находится значение измеряемой величины:

11. Оформление результатов измерений

Результаты измерения оформляются протоколом.

Заключение

В данной курсовой работе на основе заданных данных сформировала данные для методики выполнения измерения. Из предложенных 4-х вольтметров характерных для заданного измерения и исходных данных и по представленным требованиям характеристики точности выбрала средство измерений: вольтметр с детектором средневыпрямленного значения сигнала синусоидальной формы (В3−38). При измерении таким вольтметром можно упростить обработку полученных данных.

На основе технических характеристик и диапазона измерений при необходимости снятия показания рассчитала относительную погрешность, абсолютную погрешность и абсолютную поправку. Из этих данных определила предел, в котором находится значение напряжения.

В итоге разработала документацию на МВИ и оформила результат измерения в виде протокола.

Используемая литература

1. Медякова Э. И. Методы и средства измерений, испытаний и контроля. Учебное пособие — СПб.: Изд-во СЗТУ, 2009

2. Медякова Э. И. Методы и средства измерений, испытаний и контроля. УМК — СПб.: Изд-во СЗТУ, 2009

3. Шишкин И. Ф. Теоретическая метрология. — М.: Высшая школа, 1993

4. ГОСТ Р 8.563−96 «ГСИ. Методики выполнения измерений»

5. МИ 1967;89 «ГСИ. Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений. Общие положения»

6. МИ 2377−98 «ГСИ. Разработка и аттестация методик выполнения измерений»