Lucrarea de laborator nr. 2 VERIFICARILE METROLOGICE ALE MIJLOACELOR DE MASURARE

Transcript

1 Lucrara d laborator nr. 2 VERIFICARILE METROLOGICE ALE MIJLOACELOR DE MASRARE 1. SCOPL LCRARII Scopul lucrarii îl rprzinta: cunoastra principallor mtod d vrificar mtrologica a unor mijloac d masurar, analogic si digital: mtoda comparatii; mtoda compnsatii; mtoda asistata d calculator. dtrminara influnti frcvnti, asupra difritlor tipuri constructiv d aparat. 2. PRINCIPII GENERALE Vrificara mtrologica a mijloaclor d masurar st impusa d ncsitata dtrminarii calitatii acstora, în raport cu masurandul (marima d masurat) si cu mdiul ambiant. În gnral, prin vrificara mtrologica a unui mijloc lctric d masurar, s urmarst dtrminara caractristicilor mtrologic al acstuia: intrvalul d masurar; capacitata d suprasarcina; rzolutia; snsibilitata; actitata; putra consumata; timpul d raspuns; stabilitata în timp; Vrificara mtrologica vizaza calitata mijlocului d masurar, ca indic al totalitatii caractristicilor mtrologic, conform standardlor. Eactitata st o caractristica mtrologica dosbit d importanta pntru un mijloc d masurar. Clasa d actitat, simbolizata prin indicl c, prmit stimara rorii limita d masurar. Eroara limita d masurar, l, rprzinta valoara maima posibila pntru roara mijlocului d masurar, garantându-s ca, pntru întrg intrvalul d masurar, roril sunt mai mici sau cl mult gal cu l. Eroara limita d masurar s dtrmina ca: = + (2.1) l i v und: i st roara intrinsca a mijlocului d masurar, dtrminata în conditii d rfrinta, stabilit prin norm; v st roara suplimntara a mijlocului d masurar, considrata ca un cumul al rorilor datorat variatii ficari marimi d influnta, în afara intrvalului d rfrinta, stabilit prin norm mtrologic, dar în intrvalul d utilizar al mijlocului d masurar. Valoril standardizat al indiclui d clasa sunt: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5. Clasa d actitat s poat stabili: 1) sub forma d tabl (d mplu, în cazul unui transformator d masurar d curnt); 2) în functi d o valoar convntionala (d obici, valoara maima a intrvalului d masurar); 3) în functi d lungima scarii gradat (în cazul ohmmtrlor). Vrificara unui mijloc d masurar prsupun analiza surslor d rori (ANEA 1) VERIFICAREA NI APARAT ANALOGIC PRIN METODA COMPARATIEI Mtoda comparatii s folosst, în principal, pntru vrificara aparatlor d laborator si d panou d clasa d actitat 1,5; 2,5; 5. Principiul acsti mtod consta în comparara indicatiilor aparatului d vrificat cu indicatiil unui aparat talon, ambl aparat masurând, simultan, acasi marim. La algra aparatului talon, s va tin sama d: tipul constructiv al aparatului d vrificat si d natura marimii d masurat; gama d masurar a aparatului d vrificat; 1

2 clasa d actitat a aparatului d vrificat. Dci, aparatul talon trbui sa îndplinasca urmatoarl conditii: sa fi dstinat masurarii aclasi marimi, ca si aparatul d vrificat; sa aiba gama d masurar mai mar sau cl putin gala cu ca a aparatului d vrificat; sa aiba clasa d actitat d cl putin 5 ori mai mica dcât a aparatului d vrificat sau d 2,5 ori mai mica daca s utilizaza aparatul talon cu curba d corcti (daca aparatl au acasi limita maima d masurar), conform rlatiilor: c c c 5 c 2,5 und: c si c sunt clasl d actitat al aparatului talon, si, rspctiv, d vrificat; ma, ma sunt limitl maim al gami d masurar al aparatului talon, si, rspctiv, d vrificat. ma ma ma ma (2.2) Vrificara aparatlor prin mtoda comparatii s fac la rprl cifrat d p scara gradata a aparatului d vrificat. S rglaza marima d masurat la rprul aparatului d vrificat si s citst indicatia aparatului talon. S dtrmina pntru ficar rpr cifrat al aparatului d vrificat: roara absoluta, cu rlatia: roara raportata, cu rlatia: und: st indicatia aparatului d vrificat; st indicatia aparatului talon. = (2.3) ma ε r = (2.4) rlatia: Eroara absoluta, pntru ficar rpr, s compara cu roara limita d masurar a aparatului d vrificat, data d ma = c 100 ma (2.5) iar roara raportata s compara cu roara raportata limita ε rt, corspunzatoar clasi d prcizi a aparatului d vrificat. Indicl clasi d prcizi a aparatului st gal cu roara raportata limita (primata în procnt): [ ] Aparatul s considra încadrat în clasa d actitat, daca: c = ε % (2.6) rt ε r ε rt ma (2.7) 2.2. VERIFICAREA NI APARAT ANALOGIC PRIN METODA DE COMPENSARE În acasta mtoda s folosst un compnsator, car st un mijloc d masurar dstinat dtrminarii, cu actitat ridicata, a tnsiunilor lctromotoar si cadrilor d tnsiun continua sau a oricari alt marimi, lctric sau nlctric, car, în pralabil, a fost convrtita într-o tnsiun continua. Principiul mtodi consta în galara (compnsara) tnsiunii d masurat cu o tnsiun furnizata d compnsator, rglabila în trpt fin si car poat fi citita cu mar actitat. Egalitata tnsiunilor s constata cu ajutorul unui galvanomtru d mar snsibilitat, ca c confra masurarilor o mar actitat. 2

3 2.3. VERIFICAREA NI APARAT ANALOGIC C AJTORL CALCLATORLI Calculatorul comanda un calibrator (gnrator d tnsiun continua d prcizi), d la car s alimntaza voltmtrul d vrificat. Calibratorul, car rprzinta mijlocul d masurar talon, contin un convrtor numric - analogic si o sursa d tnsiun d rfrinta si trbui sa przint o rzoluti, corlata cu clasa d actitat a aparatului d vrificat. Rzolutia calibratorului st dtrminata d pasul minim d tnsiun, cu car poat varia tnsiuna la isir. 3. CHESTINI DE STDIAT 1. Vrificara unui voltmtru prin mtoda comparatii; 2. Vrificara unui ohmmtru prin mtoda comparatii; 3. Studiul influnti frcvnti smnalului asupra indicatii aparatlor d masurar. 4. MODL DE EPERIMENTARE 4.1. VERIFICAREA NI VOLTMETR PRIN METODA COMPARATIEI MONTAJL SI APARATELE TILIZATE Figura 1 Schma d vrificar prin mtoda comparatii a unui voltmtru d panou Aparatl utilizat sunt: V - voltmtru d vrificat d tnsiun altrnativa (fromagntic) d 50V, clasa 1,5 (sau multimtru ) având functia d voltmtru d 50V; V - voltmtru talon d 60V, clasa 0,5; R h1 - rostat principal d rglaj brut a tnsiunii, în montaj potntiomtric; R h2 - rostat auiliar, pntru rglajul fin al tnsiunii; K - întrruptor bipolar MODL DE EPERIMENTARE Pntru rostatul R h1 montat potntiomtric, s va vrifica, prin calcul ca valoara curntului absorbit d rostat nu dpasst valoara curntului nominal al acstuia. La încputul printi, rostatul R h1 s va pun în pozitia d zro a tnsiunii, iar rostatul R h2 auiliar, în poziti maima, algându-s pntru voltmtrul talon intrvalul d masurar corspunzator valorii tnsiunii rprului principal car s vrifica. Manipulara consta în a varia rostatul potntiomtric R h1 pâna când acul indicator al aparatului d vrificat, V, s oprst în drptul rprului d vrificat si apoi, a varia rostatul R h2 pâna când acul indicator s stabilst în drptul rprului d vrificat (d. 40V). În acst momnt s citsc, simultan, indicatiil clor doua voltmtr si ( st indicatia voltmtrului d vrificat si st indicatia voltmtrului talon). Rzulta pntru roara absoluta,, valoara: iar pntru roara raportata, valoara: = (4.8) ε r = ma 100% (4.9) und: ma st limita maima d masurar a voltmtrului d vrificat; ε r st roara raportata pntru rprul rspctiv,, al aparatului d vrificat, primata în procnt. 3

4 S vor fctua opratiil prcdnt pntru ficar rpr principal, scazând trptat tnsiuna d la ma la 0. S vor rpta masuratoril pntru ficar rpr principal crscând tnsiuna d la valoara zro la limita maima d masurar. Dci, pntru ficar rpr principal al scarii gradat s vor fac cât doua masuratori. Atnti: Daca, totusi, acul indicator a dpasit rprul gradat, s va rlua masurara dupa rvnira la pozitia initiala a acului indicator. Nu s schimba snsul d dplasar a acului indicator, în dcursul fctuarii masuratorilor. Eroara d indicati pntru un rpr oarcar s va obtin facând mdia aritmtica a clor doua masuratori fctuat asupra acluiasi rpr. und: ε rcrsc, ε rdsc ε r + ε crsc rdsc ε r = (4.10) md 2 sunt roril raportat, dtrminat pntru snsul crscator si dscrscator al variatii marimii d masurat. Datl si rzultatl masuratorilor s vor trc în tablul 1. Tablul 1 crsc dsc crsc dsc ε rcrsc ε r dsc ε r md V V V V V % % % S vor compara valoril rorilor absolut, obtinut în urma masuratorilor, cu roara limita a voltmtrului, concluzionând asupra încadrarii voltmtrului în clasa d actitat pntru car a fost ralizat. Eroara limita corspunzatoar clasi d prcizi a voltmtrului st data d rlatia: ( ) ma c ma = (4.11) 100 În cazul în car roril absolut (masurat) sunt mai mici dcât roara limita d masurar, atunci s va trasa grafic curba d corcti a aparatului. În caz contrar, daca voltmtrul nu s încadraza în clasa d actitat pntru car a fost proictat, s vor analiza cauzl c au dtrminat isira aparatului din clasa d actitat, prcum si modul în car acst problm pot fi rmdiat, dtrminându-s clasa d actitat în car s poat înscri voltmtrul, conform rlatii (4.12) : c = ma 100% (4.12) ma und: ma rprzinta ca mai mar dintr valoril rorii absolut, dintr toat masuratoril fctuat (atât în sns crscator, cât si în sns dscrscator); ma rprzinta limita suprioara a voltmtrului d vrificat. S va alg valoara standardizata a clasi d actitat imdiat suprioara, valoril standardizat al clasi d actitat fiind przntat la încputul lucrarii. O vrificar complta a voltmtrului prsupun luara în considrati a tuturor factorilor, c pot influnta indicatia acstuia, asa cum ris din ANEA 1. 4

5 4.2. VERIFICAREA NI OHMMETR PRIN METODA COMPARATIEI MONTAJL SI APARATELE FOLOSITE În schma au fost folosit: R - st rzistor dcadic folosit ca talon Ω; Ω - st ohmmtru analogic d vrificat (multimtru? 4342). Figura 2 Vrificara prin mtoda comparatii a unui ohmmtru analogic MODL DE EPERIMENTARE Aparatul talon îl rprzinta un rzistor dcadic, a carui clasa d actitat st 0,1, dci mult mai buna dcât a ohmmtrului d vrificat, a carui clasa d actitat st 2,5. Cu aclasi rzultat, s pot utiliza drpt aparat talon si ohmmtrl digital. În acst caz, ohmmtrul considrat talon s va concta în parall cu ohmmtrul d vrificat si cu rzistorul R (car nu mai trbui sa fi unul d actitat ridicata). Vrificara voltmtrului analogic trbui facuta p toat gaml d masurar, la toat rprl gradat al scarii. Pntru simplificar, s va vrifica ohmmtrul numai p o singura gama prin fiara valorii rzistorului dcadic, talon, la ca corspunzatoar rprlor gradat (R ) si masurara valorii indicat d ohmmtrul d vrificat (R ). Valoril dtrminat p cal primntala s trc în tablul 2. R R Ω Ω R Ω ε rr % Tablul 2 în car: R - valoara rzistnti talon; R - valoara indicata d ohmmtrul d vrificat; R - roara absoluta a indicatii ohmmtrul d vrificat: R = R - R (4.13) ε - roara raportata, calculata cu rlatia (4.14): R ε r = R 100% (4.14) R D trasat curba rorilor raportat în functi d valoara rzistnti masurat, acst rzultat s vor compara cu cl dat d catr constructor (pntru ohmmtrul MAVO-35), în ANEA 2. Daca toat valoril rorii raportat sunt mai mici dcât cl dat d constructor în nomograma, atunci ohmmtrul d vrificat s încadraza în clasa d actitat, pntru car a fost proictat STDIL INFLENTEI FRECVENTEI ASPRA MIJLOACELOR ELECTRICE DE MASRA MONTAJL SI APARATELE FOLOSITE Aparatl d masurar, functi d principiul d ralizar, s pot folosi într-un anumit intrval d frcvnt. P cadranul aparatului sau în carta thnica, s inscriptionaza acst intrval, p car-l garantaza fabricantul si în car roril s încadraza în clasa d actitat. tilizara unui anumit aparat d masurar pntru obtinra valorii uni anumit marimi trbui sa tina cont d frcvnta smnalului rspctiv si daca acasta frcvnta s încadraza în intrvalul d frcvnta al aparatului. S va studia comportara aparatlor d masurar uzual la aplicara unor smnal d frcvnta variabila, comparându-s rzultatl primntal cu cl indicat d fabricant. schma d montaj przntata în figura 3: în car: Figura 3 Schma d montaj pntru studiul influnti frcvnti asupra indicatiilor voltmtrlor 5

6 G - gnrator d tnsiun sinusoidala d amplitudin si frcvnta stabila si rglabila, tip?3-112; V - rprzinta voltmtrul fromagntic, considrat ca talon, cu clasa d prcizi 0,5; V 1 - voltmtru magntolctric cu rdrsori, multimtrul tip 43101; V 2 - voltmtru digital, multimtru digital; V 3 - voltmtru lctrodinamic, cu cran magntic; V 4 - voltmtru magntolctric, având o valoara maima d masurar difrita d V 1 ; OSC- osciloscop catodic MODL DE EPERIMENTARE S va studia comportara ficarui aparat d masurar pntru frcvnt cuprins într 20 Hz si 20 khz, tnsiuna d alimntar a gnratorului trbuind sa fi cva mai rdusa dcât ca mai mica gama d masurar dintr toat aparatl conctat în montaj. În acst scop, s va fia valoara tnsiunii d alimntar a gnratorului la 100 V (cu ajutorul indicatii voltmtrului lctrostatic) si s vor fia urmatoarl valori al frcvnti tnsiunii d alimntar: 20 Hz, 45 Hz, 50 Hz, 55 Hz, 100 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 5000 Hz, Hz, Hz. Forma smnalului, obsrvându-s la osciloscop, trbui sa fi sinusoidala. S vor nota, pntru toat aparatl, limitl maim al intrvallor d masurar ma si indicl clasi d actitat c. S citsc indicatiil tuturor aparatlor conctat în circuit, valoril fiind trcut în tablul 3. Tablul 3 f ε 1 ε 2 ε 3 ε 4 V V V V V V V V V S va calcula, pntru ficar punct, roara raportata: i ε (%) = 100 i = 1, 2, 3, 4 (4.15) ma i Pntru ficar aparat d masurar s va trasa graficul rorilor rlativ functi d frcvnta. S vor trasa si roril limita d masurar (gal cu indicl clasi d actitat - în %) si s va dtrmina intrvalul d frcvnt în car roril rlativ dtrminat s încadraza în clasa d actitat a aparatului. S va compara cu valoara inscriptionata p cadranul ficarui aparat. 5. ÎNTREBARI RECAPITLATIVE 1. În c consta trmnul "aparat talon"? 2. Car st influnta factorilor trni în roril mijloaclor d masura si prin c mtod s poat rduc? 3. Daca avm la dispoziti un voltmtru d c.c., domniul 250V, clasa d actitat 0,5, putm sa îl utilizam pntru vrificara unui voltmtru d c.c., domniul 50V, clasa d actitat 1,5? D c? 4. În scopul vrificarii unui ohmmtru analogic, s poat utiliza drpt aparat talon atât un rzistor dcadic cât si un ohmmtru mult mai act. Car dintr cl doua solutii st prfrata? Si d c? 5. În c consta mtoda d compnsar cu substituti si car sunt avantajl si dzavantajl utilizarii uni astfl d mtod? 6

7 ANEA 1 ANALIZA SRSELOR DE ERORI Sursl d rori pot fi: 1. frcaril în lagar al partii mobil si dformatiil rmannt al rsorturilor spiral, în cazul unui aparat d masurar analogic; acsta prsupun ncsitata d a fctua vrificara aparatului atât în sns crscator, cât si în sns dscrscator al variatii marimii d masurat, dci al dviatii acului indicator; 2. influnta frcvnti marimii d masurat asupra aparatului d vrificat, dci, în intrvalul dat, s va vrifica aparatul d masurar, în întrgul intrval d frcvnt în car s utilizaza (sau în intrvalul dat d firma constructoar); 3. prznta câmpurilor magntic trioar (cl trstru sau cl crat cu conductoar lctric parcurs d curnt) si influnta acstora asupra aparatlor cu un câmp magntic propriu dstul d rdus; s impun vrificara aparatului p mai mult dirctii rlativ la câmpul magntic trior; 4. influnta câmpului d tmpratura, în car st utilizat aparatul, impun vrificara compnsarii trmic a aparatului, în gama d tmpraturi indicata d constructor ca intrval d utilizar; 5. influnta factorului d forma - ca c va impun vrificara aparatului în rgim nsinusoidal (la un factor d distorsiuni k d < 5%, sau k d < 1% în cazul aparatlor d masurar cu rdrsoar). ANEA 2 CRBA ERORILOR RAPORTATE ÎN FNCTIE DE VALOAREA REZISTENTEI MASRATE ÎN CAZL OHMMETRLI ANALOGIC MAVO-35 7