SPRAWDZANIE BŁĘDÓW PODSTAWOWYCH przyrządów pomiarowych.pdf

Motto: Używanie nie sprawdzonych przyrządów

pomiarowych jest takim samym brakiem kultury

technicznej , jak przykręcanie śruby kombineka-

mi zamiast odpowiednim kluczem.

10-2. SPRAWDZANIE BŁĘDÓW PODSTAWOWYCH

PRZYRZĄDÓW POMIAROWYCH

Cel ćwiczenia

Poznanie techniki pomiarowej sprawdzania elektrycznych przyrządów pomiarowych - na przy-

kładzie wyznaczania błędów podstawowych mierników.

2. Wiadomości podstawowe

Pomiary wykonywane w handlu, technice i nauce powinny być wiarygodne, czyli mieć odpo-

wiednią dokładność. Dokładność pomiarów zależy głównie od dokładności stosowanych przyrzą-

dów pomiarowych, a więc od ich błędów. Poprawność wskazań nowego przyrządu gwarantuje

jego producent, zaś przyrządu używanego – jego użytkownik (właściciel). Jest obowiązkiem użyt-

kownika przyrządu poddanie go okresowemu sprawdzaniu. Czynności te wykonywane są przez

regionalne placówki Głównego Urzędu Miar, czyli Okręgowe lub Obwodowe Urzędy Miar. Istnie-

ją też laboratoria przemysłowe i naukowe, zwane laboratoriami akredytowanymi, które maja pra-

wo sprawdzania przyrządów.

Wymienione placówki, na podstawie przeprowadzonych pomiarów błędów przyrządu i porów-

naniu ich z błędami deklarowanymi przez producenta lub stosowne normy, wystawiają przyrządo-

wi świadectwo legalizacyjne lub tzw. cechę legalizacyjną, czym potwierdzają jego sprawność po-

miarową.

Prawnej kontroli metrologicznej podlegają przyrządy pomiarowe stosowane:

1) w ochronie zdrowia, życia i środowiska,

2) w ochronie bezpieczeństwa i porządku publicznego,

3) w ochronie praw konsumenta,

4) przy pobieraniu opłat i podatków oraz ustalaniu opustów, kar umownych, wynagrodzeń i od-

szkodowań,

5) przy dokonywaniu kontroli celnej,

6) w obrocie publicznym do rozliczeń towarów i usług,

Prawnej kontroli metrologicznej podlega też każdy nowy typ przyrządu pomiarowego, gdy jego

producent lub importer chce wprowadzić go na rynek (do handlu). Dla takiego przyrządu wykony-

wane są złożone pomiary i badania (nie tylko błędów podstawowych), w konsekwencji których

zatwierdza się typ przyrządu i zezwala na wprowadzenie go do obrotu.

Przykładami przyrządów pomiarowych wymagających legalizacji są:

„domowe” liczniki do pomiarów zużycia: energii elektrycznej, gazu (gazomierze), wody (wo-

domierze) i „ciepłej” wody (ciepłomierze wody),

wagi sklepowe i odważniki (wzorce masy),

„policyjne” alkoholomierze i „radary”,

analizatory gazów i mierniki drgań stosowane w kopalniach,

prędkościomierze, tachografy i taksometry samochodowe.

samochodowe analizatory spalin w stacjach diagnostycznych,

odmierzacze paliw na stacjach paliwowych.

Przyrządy stosowane w laboratoriach uczelnianych nie podlegają obowiązkowi kontroli metro-

logicznej, jednak troska o zapewnienie wiarygodnych pomiarów wymaga ich okresowej kontroli.

Jeżeli laboratorium dysponuje własnymi przyrządami kontrolnymi, do których dokładności ma

pełne zaufanie, to pomiary sprawdzające wykonywane są we własnym zakresie. Przy braku takich

możliwości sprawdzenie przyrządu można zawsze zlecić stosownej placówce, oczywiście za od-

powiednia opłatą.

3. Warunki sprawdzania mierników analogowych

Celem sprawdzania przyrządu jest stwierdzenie, czy jego błędy podstawowe nie są większe od

podanych przez producenta. Błędy miernika wyznacza się przez porównanie jego wskazań ze

wskazaniami przyrządu kontrolnego. Pomiary powinny być wykonane w warunkach odniesienia

przynależnych danemu przyrządowi. Metoda pomiarowa i przyrządy pomiarowe kontrolne powin-

ny być tak dobrane, aby pomiary zostały wykonane z odpowiednio dużą dokładnością względem

dokładności badanego przyrządu.

Na niedokładność pomiarów wpływa układ pomiarowy, warunki otoczenia i dokładność przy-

rządu kontrolnego. Układ pomiarowy powinien mieć wystarczającą regulację nastawianych wiel-

kości i gwarantować ich dużą stałość w czasie pomiarów. Zwykle jest wymagane wstępne nagrze-

wanie układu i przyrządów.

Pomiary błędów podstawowych mierników wskazówkowych wykonuje się na wszystkich za-

kresach pomiarowych, w punktach (kreskach) podziałki opisanych cyframi. Wskazówkę badanego

przyrządu nastawia się dokładnie na ocyfrowaną kreskę podziałki i odczytuje wskazanie przyrzą-

du kontrolnego. W celu wykrycia w łożyskach miernika histerezy tarcia pomiar należy wykonać

dwukrotny, najpierw w przypadku wzrastającej, a następnie malejącej wartości wielkości mierzo-

nej.

Dla bliższego zobrazowania warunków sprawdzania błędów podstawowych przyrządów niżej

przedstawiono skrót instrukcji GUM.

WYCIĄG z INSTRUKCJI GUM SPRAWDZANIA ANALOGOWYCH MIERNIKÓW NA-

PIĘCIA, PRĄDU I MOCY, w tym MIERNIKÓW UNIWERSALNYCH I MULTIMETRÓW

1. Metoda pomiarowa i przyrządy pomiarowe stosowane do sprawdzania powinny być dobrane

tak, aby niepewność rozszerzona pomiaru była co najmniej trzykrotnie mniejsza od błędu

podstawowego miernika sprawdzanego.

2. Rozdzielczość wskazań przyrządów pomiarowych stosowanych do sprawdzania powinna być

co najmniej pięciokrotnie lepsza od rozdzielczości miernika sprawdzanego .

3. Sprawdzania mierników dokonuje się w warunkach odniesienia , prądem i napięciem stałym

lub sinusoidalnie przemiennym.

Warunkami odniesienia są:

- temperatura otoczenia

(23 ± 1) o C

- wilgotność wzg. powietrza

(40 ¸ 60) %

- współczynnik tętnień prądu stałego

£ 1%

- współczynnik zawartości harmonicznych 1% - dla mierników „nie mierzących”

wartości skutecznej

5% - dla pozostałych (True RMS)

- wahania częstotliwości wzg. wartości nominalnej ± 2%

- zewnętrzne pola elektryczne i magnetyczne pomijalnie małe

- niestabilność źródeł zasilania (5-minutowa) £ 1/5 błędu podstawowego miernika

- czas wstępnego nagrzewania układu pomiarowego nie krócej niż 0,5h

4. Wyróżnia się następujące klasy dokładności mierników:

0,05 ; 0,1 ; 0,2 ; 0,3 ; 0,5 ; 1 ; 1,5 ; 2 ; 2,5 ; 3 i 5.

5. Błędy podstawowe mierników wyznacza się wg wzorów:

- dla woltomierzy

d = [(U b - U k )/U z ] 100%

- dla amperomierzy

d = [(I b - I k )/I z ] 100%

gdzie: U b , I b - wartości wskazane przez mierniki sprawdzane, U z , I z – ich zakresy pomiarowe,

U k , I k – wskazania miernika stosowanego do sprawdzania.

6. Błędy podstawowe sprawdzonych mierników – w przypadku ich sprawności metrologicznej –

powinny spełniać warunek:

d £ kl

7. W wyniku stwierdzenia, że sprawdzany miernik odpowiada wymaganiom przepisów metrolo-

gicznych, wydaje się świadectwo uwierzytelnienia.

8. Okres ważności świadectwa wynosi 25 miesięcy.

--------------------------------------------

Dla mierników sporządza się też wykres poprawek w funkcji wskazań. W danym punkcie po-

miarowym poprawka p jest równą błędowi bezwzględnemu miernika ze znakiem przeciwnym ( p

= – D). Poprawkę należy zaokrąglić do wartości rozdzielczości odczyt. Dla mierników laboratoryj-

nych rozdzielczość odczytu zwykle odpowiada 0,1 działki elementarnej. Wykres poprawek rysuje

się linią łamaną łączącą punkty poprawek.

4. Sprawdzanie błędów podstawowych woltomierzy cyfrowych prądu stałego

Wymagania co do dokładności pomiarów są podobne jak dla przyrządów analogowych. Błędy

podstawowe woltomierzy cyfrowych należy sprawdzać w warunkach odniesienia. Woltomierz

sprawdza się na wszystkich podzakresach pomiarowych dla obydwu polaryzacji. Liczbę punktów

pomiarowych określa się według typu sprawdzanego woltomierza. Na przykład, dla woltomierza o

podzakresie 10 V wybiera się zwykle następujące punkty pomiarowe: 1,111; 2,222; 3,333; 4,444;

5,555; 6,666; 7,777; 8,888; 9,999 - dla woltomierza o zakresie 2 V: 111, 222,…,1,999. Celem sto-

sowania wymienionych nastaw jest sprawdzenie poprawnego działania wskaźników cyfrowych.

Różnice wskazań (U b – U k ) porównuje się z błędami granicznymi woltomierza sprawdzanego.

Jeżeli przyrząd spełnia wymagania metrologiczne, to otrzymuje dokument legalizacyjny z okre-

sem ważności 13 miesięcy.

5. Tablice pomiarowe

Tab. 1. Wyniki pomiarów błędów podstawowych woltomierza analogowego

Woltomierz badany: typ ......., kl v .... , nr fab./inw. ............., sprawdzany zakres ......- D g U b =.........

Woltomierz kontrolny: typ ............., dokładność ..........................., nr fab./inw. .................

Nastawy

woltomierza

badanego

Wskazania woltomierza

kontrolnego

Wynik spraw-

dzenia

DU b =U b -U k

(DU b /U z )

´ 100%

U b

[....]

U z

[.....]

U k

[....]

U(U k )

(p=0,95)

(DU b /U z )100£kl v

(wpisać + lub -)

[....]

0 *)

Wpisać:

„+”- pozytywny

wynik sprawdze-

nia,

„ -” – negatywny

wynik sprawdze-

nia

*) Przed pomiarami należy sprawdzić wskazanie zerowe przyrządów.

U(U k ) – niepewność rozszerzona pomiaru napięcia U k , obliczona dla poszczególnych punktów pomiarowych w celu

sprawdzenia kryterium doboru przyrządu kontrolnego. Jak podano wyżej, pomiary sprawdzające powinny być wyko-

nane z niepewnością rozszerzoną nie większą od 1/3 błędu podstawowego miernika sprawdzanego (dla każdego

punktu pomiarowego).

Tab. 2. Wyniki pomiarów błędów podstawowych amperomierza analogowego

Amperomierz badany: typ ......, kl ....., nr fabr./inw. ............., sprawdzany zakres ......, D g I b =........

Woltomierz kontrolny: typ ................, dokładność ............................., nr fab./inw. ................... ..

Opornik wzorcowy: typ .............. , R w = ......... W, dokładność..........%, nr fab./inw. .................. .

Nastawy

miernika

badanego

Pomiary prądu I k

woltomierzem kontrolnym

Wynik spraw-

dzenia

(DI b /I z ) 100 £ kl A

(DI b /I z )

´100

Lp.

DI b =I b -I k

U z

[...]

U k

[...]

I k =U k /R w

[....]

U(I k )

p=0,95

[....]

I b

[...]

( wpisać +lub -)

[....]

0 *)

„+”- pozytywny

wynik sprawdze-

nia,

„ -” – negatywny

wynik sprawdzenia

*) Przed pomiarami należy sprawdzić wskazanie zerowe przyrządów

(

)

(

)

U r (I k ) – niepewność rozszerzona pomiaru napięcia U k , obliczona z zależności:

;

U r (I k )= 2 u r (I k );

Tab. 3. Wyniki pomiarów błędów podstawowych woltomierza cyfrowego

Woltomierz sprawdzany: typ .........., nr fab./inw. ................. , dokładność ......................... ,

sprawdzany zakres ........

Woltomierz kontrolny: typ .............., dokładność ..........................., nr fab./inw. .................

Nastawy

woltomierza

badanego

Wynik spraw-

dzenia

Lp.

Wskazania woltomierza

kontrolnego

D g U b

DU b =U b -U k

£ D g U b

DU b

U b [....]

U z [.....] U k [....]

U(U k )

p=0,95

(wpisać + lub -)

[....]

0 *)

Wpisać:

„+”- pozytywny

wynik sprawdze-

nia,

„ -” – negatywny

wynik sprawdze-

nia

*) Przed pomiarami należy sprawdzić wskazanie zerowe przyrządów.

U(U k ) – niepewność rozszerzona pomiaru napięcia U k , obliczona dla poszczególnych punktów pomiarowych w celu

sprawdzenia kryterium doboru przyrządu kontrolnego. Pomiary sprawdzające powinny być wykonane z niepewnością

rozszerzoną nie większą od 1/3 błędu podstawowego miernika sprawdzanego (dla każdego punktu pomiarowego).

6.Układy pomiarowe

A b

U=const

R w

V k

Rys. 1. Układ z woltomierzem kontrolnym do sprawdzania amperomierza

U=const

V b V k

Rys. 2. Układ do sprawdzania woltomierza

7. Sprawozdanie

W sprawozdaniu zamieścić rysunki wykresów poprawek p I = f(I) i p U = f(U) badanych przy-

rządów. Na rysunkach wykreślić też linie błędów granicznych przyrządów (±D g U i ±D g I). Linie

wykresów poprawek przedstawić odcinkami prostymi, kreślonymi pomiędzy punktami poprawek.

We wnioskach sprawozdania ocenić sprawność pomiarowa sprawdzonych przyrządów oraz

potwierdzić - na podstawie kryterium określającego wymaganą dokładność pomiarów - przydat-

ność układów pomiarowych i przyrządów kontrolnych w zrealizowanych badaniach.

8. Przykłady obliczeniowe

I. Do sprawdzenia woltomierza analogowego kl 0,2 , a max =100dz i U Z =10V – zastosowano wolto-

mierz cyfrowy o zakresie 10V i dokładności: 0,05% U x + 2 cyfry. Dla nastawy na mierniku spraw-

dzanym napięcia 2V woltomierz cyfrowy wskazał 2,031V. Należy:

1. Sprawdzić warunki poprawnego doboru przyrządu kontrolnego.

2. Obliczyć błąd miernika badanego i ocenić jego dokładność.

Ad. 1. Sprawdzenie warunku na rozdzielczość odczytu U k . Odczyt z przyrządu badanego może być

wykonany z dokładnością do 0,1 działki elementarnej, co odpowiada rozdzielczości pomiaru na-

pięcia: DU r,b = 0,1dz(10V/100dz) = 0,01V. Ponieważ wskazania przyrządu kontrolnego mają roz-

1 DU r,b jest spełniony.

dzielczość DU r,k = 0,001V, to warunek DU r,k £ 5

Ad. 2. Sprawdzenie warunku dokładności pomiaru

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: