Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
24. Классификация погрешностей измерений по форме выражения
Абсолютной погрешностью измерительного прибора называется разность между его показанием и истинным значением измеряемой величины. Так как истинное значение измеряемой величины установить невозможно, в измерительной технике используется так называемое действительное значение, полученное с помощью образцового прибора [1-2].
Абсолютная погрешность: Δ = Хп — Q0 ,
где Хп — значение, полученное при измерении величины рабочим измерительным прибором; Q0 — действительное значение измеряемой величины.
Относительная погрешность измерительного прибора - это отношение абсолютной погрешности к действительному значению, выраженное в %:
.
Если прибор работает в условиях, отличных от условий, оговоренных в паспорте, то возникает дополнительная погрешность, увеличивающая общую погрешность прибора.
Приведённая относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению:
,
где Хнорм - чаще всего диапазон шкалы измеряемого прибора
Вариацией измерительного прибора N называется наибольшая экспериментально полученная разность между показаниями измерительного прибора при прямом и обратном ходе,
Приведенная вариация прибора ,
где ΔN – абсолютная вариация прибора; Nmax и Nmin – соответственно верхнее и нижнее предельные значения шкалы прибора.
25. Классификация погрешностей измерений по причине возникновения
по причине возникновения погрешности разделяют на две группы: объективные погрешности, не связанные с человеком-оператором, производящим измерения, и субъективные (личные), обусловленные экспериментатором, состоянием его органов чувств, опытом и т.д. В свою очередь, объективные погрешности разделяются на погрешности опознания объекта, методические, инструментальные погрешности и погрешности, обусловленные внешними условиями.
Погрешности опознания объекта измерения связаны с несоответствием реального объекта принятой модели.
Погрешности метода обусловлены несовершенством метода измерений, упрощающими предположениями, принятыми при обосновании метода. К этим погрешностям относятся составляющие погрешности, вызываемые влиянием средства измерения на измеряемую цепь.
Инструментальные погрешности возникают из-за несовершенства средств измерения, их схем, конструкций, состояния в процессе эксплуатации. Каждое средство измерения характеризуется свойственной ему погрешностью, которая входит в общую погрешность измерения
26. Классификация погрешностей измерений по закономерностям проявления погрешностей
по закономерностям проявления погрешностей различают систематические, случайные, грубые погрешности измерений и промахи.
Систематическая погрешность Δc – это составляющая погрешности измерения, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях. Систематические погрешности могут быть обнаружены и оценены. Если систематическая погрешность достаточно точно определена, она может быть исключена введением поправки или поправочного множителя.
Поправка – значение величины, одноименной с измеряемой, прибавляемое к измеренной величине для исключения систематической погрешности. Поправка равна абсолютной систематической погрешности, взятой с обратным знаком.
Случайная погрешность Δсл – составляющая погрешности измерения, которая при повторных измерениях в одних и тех же условиях изменяется случайным образом, т.е. без видимой закономерности. Случайные погрешности являются следствием случайных процессов, протекающих в измерительных цепях.
Грубой погрешностью называют погрешность, существенно превышающую погрешность, оправданную условиями измерения, свойствами примененных средств измерений, методом измерения, квалификацией экспериментатора..
Промахи являются следствием неправильных действий экспериментатора.
27. Температура. Классификация термометров
Температура вещества - величина, характеризующая степень нагретости, которая определяется внутренней кинетической энергией теплового движения молекул
Приборы для измерения температуры основаны на изменении следующих свойств вещества при изменении температуры:
На изменении объёма тела - термометры расширения:
• изменение линейного размера-дилатометры;
• изменение давления рабочего вещества в замкнутой камере
- манометрические термометры.
На изменении сопротивления - термометры сопротивления:
• термометры из благородных металлов - платины;
• термометры из неблагородных металлов;
• полупроводниковые термометры (термисторы).
Основанные на явлении термоэффекта - термопары.
Использующие оптические свойства вещества – оптические термометры или пирометры:
• радиационные пирометры;
• яркостные пирометры;
• цветовые пирометры.
28. Термометры расширения. Жидкостные, стеклянные.
Принцип действия термометров расширения основан на различном тепловом расширении двух разных веществ. Термометры стеклянные жидкостные.Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на различии теплового расширения термометрической жидкости (органических жидкостей) и материала оболочки, в которой они находятся (термометрического стекла или кварца). Для изготовления термометров расширения используют стекла специальных сортов (термометрические) с малым значением температурного коэффициента расширения. Термометры расширения используются для измерения температуры в пределах от —200до 1200с высокой точностью. Наибольшее распространение получили ртутные стеклянные термометры. Основными элементами конструкции являются резервуар с припаянным к нему капилляром, частично заполненные термометрической жидкостью (ртутью), и шкала. различают палочные термометры и термометры со шкалой, вложенной внутрь стеклянной оболочки
29. Термометры, основанные на расширении твердых тел
Термометры дилатометрические и биметаллические
Принцип действия дилатометрических и биметаллических термометров основан на различии линейного расширения твердых тел, из которых изготовлены чувствительные элементы этих термометров. Если температурный интервал невелик, то зависимость длины твердого тела от температуры выражается линейным уравнением видагде— длина твердого тела при температуре, м;— длина того же тела при температуре; — температурный коэффициент линейного расширения твердого тела,
дилатометрическ термометр. Термометр состоит из трубки ,изготовленной из металла с большим коэффициентом линейного расширения и стержня из материала с малым коэффициентом линейного расширения Один конец трубки крепится неподвижно к корпусу прибора, а к другому жестко прикреплен стержень. Сама трубка помещается в среду, температуру которой измеряют. Изменение температуры среды приводит к изменению длины трубки, а длина стержня остается практически постоянной. Принцип действия биметаллических термометров основан на различии температурных коэффициентов линейного расширения металлических пластин, сваренных между собой по всей плоскости соприкосновения. Нагревание приводит к деформации такой термобиметаллической пластины; последняя изгибается в сторону металла с меньшим коэффициентом линейного расширения Биметаллические термометры используются в качестве чувствительного элемента в температурных реле, а также для компенсации влияния температуры окружающей среды в измерительных приборах. Дилатометрические и биметаллические термометры для непосредственных измерений температуры применяются сравнительно редко.
30. Газовые манометрические термометры
Манометрические термометры. Принцип действия манометрических термометров основан на взаимосвязи между температурой и давлением рабочего вещества в замкнутой системе (термосистеме). Первичным измерительным преобразователем манометрического термометра является термобаллон — элемент термосистемы, воспринимающий температуру измеряемой среды и преобразующий ее в давление рабочего вещества.
В зависимости от вида рабочего вещества манометрические термометры подразделяют на газовые, жидкостные и конденсационные (паро-жидкостные). Газовые и жидкостные манометрические термометры имеют линейную шкалу, а конденсационные — нелинейную.Принцип действия газовых манометрических термометров основан на зависимости давления газа от температуры при постоянном объеме: Газовые манометрические термометры позволяют измерять температуру в диапазоне от -150до +600. В газовых манометрических термометрах термосистема заполнена газом под избыточным давлением. В качестве рабочего вещества используется обычно азот, аргон, гелий.
31. Термоэлектрические термометры. Конструкция. Принцип действия. Градуировки. Вторичные приборы
Термоэлектрические преобразователи— прибор для измерения температуры, состоящий из термопары в качестве чувствительного элемента и электроизмерительного прибора (милливольтметра, автоматического потенциометра и др.).ТП, или термопарой, называют два разнородных электропроводящих элемента (металлические проводники, реже полупроводниковые), соединенных на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры, в замкнутой термоэлектрической цепи, составленной из двух разнородных проводников, возникает электрический ток, если два спая (места соединения) проводников имеют разную температуру.Спай, помещенный в измеряемую среду с температурой, называют рабочим. Второй спай, находящийся при постоянной температуре называют , свободным..Если существует зависимость термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) термоэлектрического преобразователя от температуры рабочего конца и при постоянно заданной температуре свободных концов, то измерение температуры сводится к измерению ТЭДС термоэлектрического преобразователя (предполагая, что = О °С). Чтобы подключить измерительный прибор (милливольтметр, либо потенциометр) в термоэлектрическую цепь, ее разрывают, например
Термопреобразователи сопротивления Принцип действия термометров сопротивления основан на зависимости электрического сопротивления материалов от температуры.
Термометр сопротивления представляет собой комплект, в который входят:
1)первичный измерительный преобразователь, воспринимающий тепловую энергию и преобразующий изменение температуры в изменение электрического сопротивления;
2)прибор, измеряющий электрическое сопротивление и отградуированный в единицах измерения температуры.
Первичный измерительный преобразователь термометров сопротивления называют термопреобразователем сопротивления (ТС).Различают металлические и полупроводниковые термопреобразователи сопротивления. Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления называют также термисторами.В качестве материала для металлических ТС используют чаще всего платину, медь и никель, из которых изготовляются технические ТС для измерения температуры в интервале от —200 °С до +750 °С (платиновые) и от —50 °С до +180 °С (медные).Термопреобразователи сопротивления могут быть охарактеризованы двумя параметрами: — сопротивлением термопреобразователя при температуре 0 °С и— отношением сопротивления термопреобразователя при 100 °С к его сопротивлению при 0 Величина зависит от чистоты материала.
32. Методика измерения температуры термопары в комплекте с милливольтметром
Милливольтметры делятся на переносные и стационарные, Милливольтметры – это магнитоэлектрические приборы: их работа основана на взаимодействии проводника, по которому течет ток в магнитном поле постоянного магнита Магнитная система милливольтметра состоит из подковообразного магнита, полюсных наконечников и цилиндрического сердечника. В воздушном кольцевом зазоре между полюсными наконечниками и сердечником вращается рамка из медного (реже алюминиевого) провода. Чаще всего рамка крепится на кернах, которые опираются на подпятники из агата или рубина. Момент, противодействующий вращению рамки, создаётся спиральными пружинами, которые одновременно служат и для подвода тока от термоэлектрического преобразователя к рамке.
В более точных, а также в регистрирующих приборах рамка подвешивается на тонких металлических лентах которые создают противодействующий момент и одновременно служат для подвода тока. С помощью грузиков подвижная система уравновешивается так, чтобы центр ее тяжести находился на оси рамки. Ток, протекая через рамку, вызывает появление двух одинаковых сил, направленных в разные стороны и стремящихся повернуть рамку [1]. Вращающий момент, создаваемый этими силами, равен:Мφ = k2Eφ, или Мφ = k2Gφ, где k2 — постоянный множитель, зависящий от геометрических размеров упругой детали; Е — модуль продольной упругости (при уравновешивании упругой спиральной пружиной); G — модуль сдвига (при уравновешивании закручиванием ленточного подвеса).
Изменения В и Е при изменении температуры окружающей среды не влияют на показания милливольтметра, так как обе величины изменяются почти одинаково. Тогда зависимость угла поворота рамки от величины тока может быть выражена приближенной формулой Ф~СI, из которой следует, что шкала милливольтметра равномерна и чувствительность прибора одна и та же в любом месте шкалы.
В приборах с рамкой на кернах необходимо учитывать момент трения в опорах, который вносит погрешность в результаты измерений и создает вариацию в показаниях прибора. Погрешности вызываются также неуравновешенностью подвижной системы, когда ее центр тяжести не совпадает с осью вращения. Неотбалансированный прибор имеет непрямолинейную зависимость угла отклонения от величины тока. Отечественная приборостроительная промышленность выпускает показывающие мил-ливольтметры с различными пределами измерений.
33. Способы компенсации изменения температуры свободных спаев. Мостовая схема автоматической компенсации.
способ подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный. В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используютcя два проводника с разными коэффициентами термо-ЭДС, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.
Для дистанционного подключения термопар используются удлинительные или компенсационные провода. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды, но могут иметь другой диаметр. Компенсационные провода используются в основном с термопарами из благородных металлов и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов.:
— Миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра;
— Не допускать по возможности механических натяжений и вибраций термопарной проволоки;
— При использовании длинных удлинительных проводов, во избежании наводок, следует соединить экран провода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать провода;
— По возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары;
— Материал защитного чехла не должен загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур и должен обеспечить надежную защиту термопарной проволоки при работе во вредных условиях;
— Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур;
— Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.
34. Методика измерения температуры с использованием термометра сопротивления в комплекте с логометром.
В качестве измерительных приборов термометров сопротивления применяются логометры, а также уравновешенные и неуравновешенные мосты. Для полупроводниковых термосопротивлений измерительными приборами обычно служат неуравновешенные мосты [1].
Логометры — это магнитоэлектрические приборы, подвижная система которых состоит из двух жесткоскрепленных между собой рамок, расположенных под некоторым углом друг другу (в предельном случае в одной плоскости).
Угол поворота такой подвижной системы есть функция отношения токов в обеих рамках: = f(I1/ I2),
где I1, I2 - токи, протекающие по рамкам.
В определенных пределах колебания напряжения источника питания не влияют на показания прибора [1].
Таким образом, в логометре совмещены достоинства уравновешенных (независимость от колебаний напряжения источника питания) и неуравновешенных мостов (непосредственное измерение).
Рассмотрим схему логометра (рис. 11). Постоянный магнит снабжен полюсными наконечниками N и S с эллиптическими выточками. Центры выточек полюсных наконечников смещены относительно центра сердечника. Между полюсными наконечниками расположен цилиндрический сердечник из мягкой стали, вокруг которого вращается подвижная система из двух рамок - R1 и R2. К рамкам прикреплена стрелка, перемещающаяся вдоль шкалы, проградуированной в градусах. Воздушный зазор между полюсными наконечниками и сердечником неравномерен. Поэтому магнитная индукция меняется (наибольшее значение в середине полюсных наконечников, наименьшее - у края), являясь функцией угла поворота от среднего положения.
К рамкам подводится ток от общего источника питания (сухой батареи). В рамку R1 ток поступает через постоянное сопротивление R, в рамку R2— через сопротивление термометра Rt. Направление токов I1 и I2 таково, что вращающие моменты рамок оказываются направленными навстречу один другому и соответственно равны:M1 = c1B1I1; M2 = с2B2I2,
где с1 и с2 - постоянные, зависящие от геометрических размеров и числа витков рамок; B1 и В2 — магнитные индукции в зоне расположения рамок [1].
Если сопротивление рамок одинаково и R = Rt, то I1 = I2, т. е. вращающие моменты рамок равны. При этом подвижная система находится в среднем положении.
При изменении сопротивления Rt термометра вследствие нагрева (или охлаждения), через одну из рамок потечет ток большей величины, равенство моментов нарушится, и подвижная система начнет поворачиваться в сторону действия большего момента. При вращении подвижной системы рамка, по которой течет ток большей величины, попадает в зазор с меньшей магнитной индукцией, вследствие чего действующий на нее момент уменьшается. Наоборот, другая рамка входит в зазор с большой магнитной индукцией, и ее момент увеличивается. Вращение рамок продолжается до тех пор, пока их вращающие моменты станут снова равными. Для рамок одинаковой конструкции из соотношения М1=М2 таким образом имеем:. При изменении Rt изменяется отношение I1/I2. Рамки вращаются до тех пор, пока при новом положении рамок отношение В2/В1 не сравняется с соотношением I1/I2.