Определение и расчет характеристик измерительных приборов и моделирование средств измерений

Определение и расчет характеристик измерительных приборов и моделирование средств измерений

Министерство образования и науки РФ

ГОУ СПО

Тверской машиностроительный колледж

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема:

Определение и расчет характеристик измерительных приборов и моделирование средств измерений

Студент Евдокимов И.Ю.

Преподаватель Фатчихин П.К.

Тверь, 2014

Содержание

1. Определение погрешностей средства измерений, реализация прибора в программной среде National Instruments, Labview

.1   Основные свойства измеряемых погрешностей

1.2    Технические характеристики средства измерений

.3      Решение задачи.

.4      Реализация виртуального прибора в среде National Instruments, Labview

2.   Определение метрологических характеристик средства измерений

.1 Перечень основных метрологических характеристик средства измерений

.1   Метрологические характеристики средства измерений

2.2    Сравнительный анализ средств измерений

.3      Определение значения параметра измеренного средствами измерений

3.   Моделирование виртуального прибора средства измерения

.1   Технические характеристики средства измерений

3.2    Модель прибора в программе Labview

Заключение

Приложение

Введение

Цель работы: «Ознакомление с основными электротехническими измерениями».

Наука об измерениях, методах достижения их единых стандартов и требуемой точности называется метрологией. К основным проблемам метрологии относятся:

1) Создание общей теории измерений;

) Образование единиц физических величин и систем единиц;

) Разработка методов и средств измерений, методов определения точности измерений, основ обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений (так называемая «законодательная метрология»);

) Создание эталонов и образцовых средств измерений, поверка мер и средств измерений.

Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем, с помощью специальных технических средств - измерительных приборов.

Результат измерения - именованной число, найденное путем измерения физической величины. Одна из основных задач измерения - оценка степени приближения или разности между истинным и действительным значениями измеряемой физической величины - погрешности измерения.

Огромное количество измерений производиться с помощью разных по принципу действия и точности средств измерения.

Электрические измерения измерение электрических величин, таких, как напряжение, сопротивление, сила тока, мощность. Измерения производятся с помощью различных средств - измерительных приборов, схем и специальных устройств. Тип измерительного прибора зависит от вида и размера (диапазона значений) измеряемой величины, а также от требуемой точности измерения. В электрических измерениях используются основные единицы системы СИ: вольт (В), ом (Ом), фарада (Ф), генри (Г), ампер (А) и секунда (с).

Электронные измерения, как и электрические, сводятся к измерению силы тока, напряжения, мощности.

Для измерения электрических величин широко применяются электронные измерительные приборы. В зависимости от способа преобразования входного сигнала электронные приборы делятся на аналоговые и цифровые.

Для электронных измерительных приборов характерны следующие преимущества: малое собственное потребление электроэнергии из измерительной цепи, высокая чувствительность, широкий частотный диапазон. Кроме того, электронные измерительные приборы характеризуются рядом особенностей - быстродействием, автоматизацией процесса измерения, простотой и удобством регистрации результата измерения, возможностью сопряжения с ПЭВМ.

Задачи

1. Определить погрешности средства измерений, реализация прибора в программной среде National Instruments, Labview

.1 Познакомиться с основными свойствами измеряемых погрешностей

.2 Узнать технические характеристики средства измерений

.3 Решить задачу

.4 Реализовать виртуальный прибор в среде National Instruments, Labview

. Определить метрологические характеристики средства измерений

.1 Узнать перечень основных метрологических характеристик средства измерений

.2 Познакомиться с метрологические характеристиками средства измерений

.3 Провести сравнительный анализ средств измерений

.4 Определить значения параметра измеренного средствами измерений

. Смоделировать виртуальный прибор средства измерения

.1 Ознакомиться с техническими характеристиками средства измерений

.2 Собрать модель прибора в программе Labview

1. Определение погрешностей средства измерений, реализация прибора в программной среде National Instruments, Labview

.1 Основные свойства измеряемых погрешностей

Погрешность средства измерения. Разность между показанием средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины.

Систематическая погрешность средства измерения. Составляющая погрешности средства измерения, принимаемая постоянной или закономерно изменяющейся.

Случайная погрешность средства измерений. Составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся случайным образом.

Абсолютная погрешность средства измерений. Погрешность средства измерений, выраженная в единицах измеряемой физической величины.

Относительная погрешность средства измерений. Погрешность средства измерений, выраженная отношением его абсолютной погрешности к результату измерения или к действительному значению измеренной физической величины.

Приведенная погрешность средства измерений. Относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части этого диапазона.

Основная погрешность средства измерений. Погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях.

Дополнительная погрешность средства измерений. Составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих на нее величин от нормального значения или вследствие выхода за пределы нормальной области значений.

Статическая погрешность средства измерений. Погрешность средства измерений, применяемого при измерении физической величины, принимаемой за неизменную.

Динамическая погрешность средства измерений. Погрешность средства измерений, возникающая при измерении изменяющейся (в процессе измерений) физической величины.

Класс точности средств измерений. Обобщенная характеристика средств измерений данного типа, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допустимых основной и дополнительных погрешностей, а также другими параметрами, влияющими на точность. Класс точности позволяет судить о том, в каких пределах находится погрешность измерений приборов одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств, что важно при выборе требуемых средств измерений.

Погрешность меры - разность между номинальным значением меры и действительным значением воспроизводимой ею величины.

Стабильность средства измерений (англ. stability) - качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических характеристик.Примечание. В качестве количественной оценки стабильности служит нестабильность средства измерений.

Нестабильность средства измерений - изменение метрологических характеристик средства измерений за установленный интервал времени.

Примечания:

·               Нестабильность определяют на основании длительных исследований средства измерений, при этом полезны периодические сличения с более стабильными средствами измерений.

Нормируемые метрологические характеристики типа средства измерений - совокупность метрологических характеристик данного типа средств измерений, устанавливаемая нормативными документами на средства измерений.

Эффективность использования измерительной информации зависит от точности измерений - свойства, отражающего близость результатов измерений к истинным значениям измеренных величин. Точность измерений может быть большей или меньшей, в зависимости от выделенных ресурсов (затрат на средства измерений, проведение измерений, стабилизацию внешних условий и т.д.). Очевидно, что она должна быть оптимальной: достаточной для выполнения поставленной задачи, но не более, ибо дальнейшее повышение точности приведет к неоправданным финансовым затратам. Поэтому наряду с точностью часто употребляют понятие достоверность результатов измерений, под которой понимают то, что результаты измерений имеют точность, достаточную для решения поставленной задачи (погрешность измерений).

Точность средства измерений- характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю.Примечание. Считается, что чем меньше погрешность, тем точнее средство измерений.

Класс точности средств измерений- обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Примечания:

·   Класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах находится погрешность средства измерений одного типа, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью каждого из этих средств. Это важно при выборе средств измерений в зависимости от заданной точности измерений.

·               Класс точности средств измерений конкретного типа устанавливают в стандартах технических требований (условий) или в других нормативных документах.

Предел допускаемой погрешности средства измерений - наибольшее значение погрешности средств измерений, устанавливаемое нормативным документом для данного типа средств измерений, при котором оно еще признается годным к применению. Примечания:

·   При превышении установленного предела погрешности средство измерений признается негодным для применения (в данном классе точности).

·               Обычно устанавливают пределы допускаемой погрешности, то есть границы зоны, за которую не должна выходить погрешность.

Пример. Для 100-миллиметровой концевой меры длины 1-го класса точности пределы допускаемой погрешности +/- 50 мкм.

Точностные характеристики средства измерений - совокупность метрологических характеристик средства измерений, влияющих на погрешность измерения.Примечание. К точностным характеристикам относят погрешность средства измерений, нестабильность, порог чувствительности, дрейф нуля и др.

1.2 Технические характеристики средства измерений

Вольтметр - измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

Классификация:

·   По принципу действия вольтметры разделяются на:

o электромеханические - магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические;

o     электронные - аналоговые и цифровые

·   По назначению:

o постоянного тока;

o     переменного тока;

o     импульсные;

o     фазочувствительные;

o     селективные;

o     универсальные

·   По конструкции и способу применения:

o щитовые;

o     переносные;

o     стационарные

Аналоговые электромеханические вольтметры:

 <#"802531.files/image002.jpg">

Подставляем полученные выше значения в формулу и получаем:

Вывод:

С минимальной погрешностью 3,75% будет измерено напряжение много предельным вольтметром с напряжением 5В и пределом 7,5

1.4 Реализация виртуального прибора в среде National Instruments, Labview

Далее оформляем нашу переднюю панель, используя элементы из вкладки Decorations

метрологический погрешность электротехнический измерение

2. Определение метрологических характеристик средств измерения

.1 Перечень основных метрологических характеристик средства измерений

1) Э - прибор электромагнитной системы, В- выпрямительной системы с выпрямителем

2)       425,315 - номер модели

)         1998г,1987г - год выпуска

)         - постоянный ток, ~- переменный ток

)         1,0;1,5 - класс точности

)         ∩ - Подвижная рамка

)         ┌┐ - применять при горизонтальном расположении шкалы

)         [i] - прибор защищён от влияния внешнего магнитного поля

9)       - испытательное напряжение

10) Номинальное значение напряжения

11) Приведённая погрешность(класс точности)

) Внутренне сопротивление вольтметра

) Цена деления шкалы

) Чувствительность прибора

) Мощность, потребляемая вольтметром

) Сила тока, потребляемая вольтметром

) Частотный диапазон вольтмтера

) Диапазон измерения напряжения

2.2 Метрологические характеристики средств измерений

а) Номинальное значение напряжения отслеживается по максимальным отметкам на шкалах приборов: для вольтметра Э425 Uн = 150В, для вольтметра В315 Uн = 150В

б) Приведенная погрешность нормируется классом точности, который: для вольтметра Э425 Y_пр = 1,5%, для вольтметра В315 Y_пр = 1%.

в) Внутреннее сопротивление находим на лицевой панели приборов: для вольтметра Э425 R_в=5кОм, для вольтметра В315 R_в=10 кОм.

г) Цена деления находиться по формуле

,

д) Чувствительность определяется по формуле . Для вольтметра Э425 S1=1/10=0,1дел/в; для вольтметра В315 S2=1/2=0,5дел/в

е) Мощность, потребляемая вольтметром, рассчитывается по формуле

Для вольтметра Э425 Pв₁= 450мВт; для вольтметра В315 Pв₂= 225 мВт.

ж) Падение напряжения на вольтметре, находиться по равенству

Для вольтметра Э425 Iв1 = 2,5мА; для вольтметра В315 Iв2 = 1,5 мА.

з) Диапазон измерения напряжения, рассчитывается по формуле

Du = Umin-Umax

Для вольтметра Э425 U=30…150В, для вольтметра В315 U=30…150В

и) Частотный диапазон средства измерения рассчитывается по формуле

. Df1=Df2=0 Гц

Все полученные результаты заносим в сводную таблицу:

2.3 Сравнительный анализ метрологических характеристик прибора

Прибор В315 по сравнению с прибором Э425 имеет след приимущества:

а) У обоих неравномерная шкала

б) Подвижная рамка

в) ток постоянный и переменный

г) больший диапазон измерений

Недостатки:

а) Высокое внутренне сопротивление

б) рабочее положение только горизонтальное

в) Класс точности

г) Более старый год выпуска

2.4 Определение значения параметра измеренного средством измерений

Для вольтметра Э425 U=119В, для вольтметра В315 U=76В.

3. Моделирование виртуального прибора средства измерений

.1 Технические характеристики средства измерений

,3мВ-300В, 20Гц-10МГц, Rвх- 4МОм, Свх -35пФ, вес 6 кг.

Милливольтметр В3-42

Назначением вольтметров является измерение напряжения в электрических цепях. Вольтметр В3-42 имеет ряд преимуществ перед другими приборами подобного класса. В частности, он выполняет целый ряд измерений основных физических величин - напряжение, сила, сопротивление постоянного и переменного. Данный прибор удобен при настройке и проверке разнообразного электротехнического и радиотехнического оборудования. Устройство отличается прочностью, что позволяет применять его в производственных условиях, и обладает очень высокой точностью, что делает его востребованным также и в лабораториях. Прибор В3-42 имеет небольшой вес и компактные габариты, это позволяет легко переносить и устанавливать его. Основной причиной искажения показателей приборов подобного типа являются нестабильные сигналы, помехи.

Подобные факторы часто встречаются при практическом использовании вольтметров. Они способны серьезно повлиять на показатели. Конструкторы вольтметра В3-42 это учли. Прибор особо устойчив к нестабильным сигналам и помехам. Поэтому выбор данного прибора является оптимальным решением для тех, кто регулярно имеет дело с ремонтом и проверкой оборудования.

Также В3-42 очень удобен в использовании. По сравнению с более ранними моделями, этот прибор дает меньшую погрешность. Вольтметр В3-42 позволяет быстро считывать показатели даже в условиях недостаточного освещения. Управление разработано так, чтобы можно было снимать показания без лишних движений и дополнительных настроек. В3-42 универсален в данной типовой категории приборов. Он находит применение во многих сферах работ с техникой

3.2 Модель прибора Б3-42 в программе Labview

Начнём с универсального источника питания (УИП)

Используя элементы Meter,Сase Structure, Dial, Toggle Switch, Round Push Button2, Add, True Constant, False Constant соберём схему показанную на рисунке.

Универсальный источник питания служит для подачи напряжения для работы нашего вольтметра.

Далее соберём схему делителя (он делит значение поступающее с УИП на 10000) и коммутационного устройства(КУ).Оно позволяет провести сигнал с нашего УИП на прямую или через делитель.

Возьмём элементы Сase Structure, Formula Node, Dial, Square Push Button, True Constant, False Constant и соберём схему изображённую на рисунке.

Элемент Dial служит для регулировки направления движения напряжения путь 1 или 2.

В Formula Node записано условие работы нашего делителя напряжения:

(p==1)=a;(p==0)=a;=a/10000;

Цветные индикаторы служат для показания направления нашего напряжения(путь 1 или 2)и показывают включен наш прибор или нет.

Всего на нашем милливольтметре 6 пределов, 3 предела с мВ и 3 предела с В.

Используем элементы Knob(Classic Numeric), Сase Structure, Formula Node, Multiply, Divide, Wait For Front Panel Activity, Random Number, Equal?. Соберём схему, показанную на рисунке.

0,04 - погрешность измерений нашего вольтметра.

Элемент Wait For Front Panel Activity(начинает работу при активности лицевой панели).

Создадим шкалы вольтметра используя элемент Meter. Редактируем их используя вкладки Properties и Costumize

Добавим элемент Case Structure, заполним вкладки True и False согласно рисункам.

Подключим наши шкалы к Case Structure

Создадим элемент Case Structure, в нём элемент Formula Node и добавим 7 выходов.

Заполним вкладку True

Возьмём элемент Build Array и растянем его в 7 раз. Подключим выходы с Formula Node в Build Array.

Добавим остальные элементы: boleran6, boleran4, boleran3 на схемы идущие ранее. В итоге получим.

Далее оформляем переднюю панель используя различные элементы All Controls - Decorations и раскрашиваем их. Работа готова.

Заключение

Мы в своей курсовой работе выполнили поставленные задачи. Определили погрешности средства измерений и реализовали прибор в программной среде National Instruments, Labview. Познакомились со способами расчета и основными свойствами погрешностей измерения. Узнали технические характеристики вольтметров. Выявили перечень основных метрологических характеристик приборов M24-43 и М413. Провели сравнительный анализ данных приборов на основе имеющейся информации. Смоделировали схему виртуального прибора средства измерения предложенного по варианту. Прочли представленную информацию о технических характеристиках прибора Б3-43. Реализовали данный прибор в программе Labview.

Список использованной литературы:

1. Статьи в интернете

. #"802531.files/image034.jpg"> 

. Установим переключатель пределов в положение 10мВ, напряжение на УИП соответствующее 5В мы будем видеть, как стрелка нашего вольтметра установиться на значении 5 мВ.

3. Установим переключатель пределов в положение 3В, напряжение на УИП соответствующее 2В мы будем видеть, как стрелка нашего вольтметра установиться на значении 20В=2В.

. Установим переключатель пределов в положение 1В, напряжение на УИП соответствующее 1В мы будем видеть, как стрелка нашего вольтметра установиться на значении 30В=1В.