1 (243)

Pomiary bezpośrednie

Błędy graniczne przyrządów pomiarowych - pomiary napięcia i prądu przyrządami analogowymi i cyfrowymi

1. Cel ćwiczenia

Poznanie źródeł informacji o warunkach użytkowania przyrządów pomiarowych, przyswojenie pojęć charakteryzujących podstawowe parametry metrologiczne analogowych i cyfrowych przyrządów pomiarowych, nabycie umiejętności oceny niepewności wyniku pomiaru na podstawie informacji o granicznym błędzie podstawowym przyrządu pomiarowego, a ponadto poznanie:

•    parametrów typowych woltomierzy i amperomierzy oraz warunków ich poprawnej eksploatacji.

•    metod obliczania i eliminowania błędów pomiaru wynikających zc zmiany wartości mierzonej w wyniku np. chwilowego wyłączenia przyrządu pomiarowego.

2.    Wprowadzenie

Wartości błędów narzędzi pomiarowych bardzo rzadko są znane dokładnie Producenci aparatury podają jedynie wartości graniczne błędów podstawowych i dodatkowych, gwarantując tym samym, źc przy zachowaniu określonych warunków użytkowania danego narzędzia pomiarowego popełniane nim błędy nic przekroczą określonych wartości. Błędy podstawowe przyrządów pomiarowych, wzorców miar i przetworników pomiarowych określają niedokładność wykonanego nimi pomiaru w warunkach odniesienia. Warunki odniesienia stanowi odpowiedni, znormalizowany, zbiór określonych wartości wielkości wpływających. Parametrem metrologicznym charakteryzującym przyrząd pomiarowy jest błąd podstawowy. Biedy podstawowe wielu przyrządów pomiarowych podawane są w postaci odpowiedniego wskaźnika klasy dokładności.

3.    Analogowe przyrządy wskazujące o działaniu bezpośrednim

W przypadku analogowych przyrządów wskazówkowych, klasa charakteryzuje wartość graniczną błędu wskazań wyrażoną w procentach wartości umownej. Wartością umowną może być górna granica zakresu pomiarowego, wartość wskazana, długość podzialki. obszar pomiarowy. Informacje o rodzaju wartości umownej podawane są na przyrządzie w formie odpowiedniego symbolu. Dla większości przyrządów pomiarowych wartością umowną jest górna granica zakresu pomiarowego.

W normie PN-92/E-0650I/01 jako warunki odniesienia dla analogowych przyrządów* wskazujących określono m.in. następujące tolerancje dla wielkości wpływających, takich jak:

•    temperatura otoczenia : 23°+ 1⁰ dla przyrządów o wskaźniku klasy <=0.3;

23°i 2° dla przyrządów o wskaźniku klasy <=0.5:

•    wilgotność względna: 40+60%:

•    pozycja pracy oznaczona) pozioma lub pionowa) + 1°;

•    zewnętrzne pole magnetyczne: całkowity brak

•    zew nętrzne pole elektryczne: całkowity brak.

Niezachowanie wartości wpływających w określonych przez warunki odniesienia granicach powoduje powstawanie błędów dodatkowych. Normy definiują dla każdej z możliwych wielkości wpływających granice nominalnego zakresu użytkowania i dopuszczalny błąd dodatkowy, wyrażony w procentach wskaźnika klasy. Przykładowo dla temperatury otoczenia w przedziale zmian: temperatura odniesienia ±10° dopuszczalny błąd dodatkowy dla przyrządów analogowych wynosi 100% wskaźnika klasy. Producent musi zatem lak skonstruować przyrząd, aby tych wartości nie przekroczyć.

Przykład 1:

Woltomierz kl.l i zakresie pomiarowym Uz—IOV w żadnym punkcie skali nie powinien mierzyć z błędem większym niż graniczna wartość:

100 ^J

0    ile tylko warunki pracy będą zgodne z warunkami odniesienia ( np. temperatura otoczenia nie przekroczy zakresu (23±2)°C.

Graniczny błąd względny pomiaru napięcia, wyraża zależność:

SU = ±—-10026

i•

1    zależy od wykorzystania zakresu pomiarowego.

Przykład 2:

Jeśli tr czasie pomiaru woltomierz z przykładu I wskaże 5.00 V to wartość ta obarczona będzie błędem granicznym względnym równym i2%, a wiec 2 razy większym niż wskaźnik klasy.

Pomiar jest tym dokładniejszy im wartość mierzona jest bliższa zakresowi przyrządu. Przyrządy wicloznkrcsowc mają podzialkę opisaną w działkach od 0 do a_nijlx i wynik surowy (ten odczytany z przyrządu) musi być podany z uwzględnieniem pełnych możliwości rozdzielczości podzialki i ludzkiego oka.

Do przeliczenia wychylenia wskazówki przyrządu na wartość mierzoną, np. napięcia, konieczne jest wyznaczenie stałej lego woltomierza na danym zakresie L - \ obliczenie wartości mierzonej jako:

U = c, ■ a = —■ a. a

4. Przyrządy cyfrowe

Błędy podstawowe, warunki odniesienia oraz warunki użytkowania i wartości graniczne błędów dodatkow ych są podawane w dokumentacji przyrządu.

W przypadku cyfrowych przyrządów pomiarowych, błąd podstawowy jest sumą dwóch składników, z których jeden jest addytywny (niezależny od mierzonej wartości X). a drugi multiplikatywny (proporcjonalny do X). Jeżeli X jest wartością zmierzoną a X/ użytym podzakresem pomiarowym, to całkowita wartość granicznego błędu pomiaru podawana jest w jednej z poniższych postaci: