ЕЛЕКТРОТЕХНІКА У БУДІВНИЦТВІ

МЕТОДИ ЕЛЕКТРИЧНИХ ВИМІРЮВАНЬ

Ключові поняття: похибка (систематична, випадкова, груба, абсолютна, відносна, приведена), чутливість, клас точності ЕВП, прямі й непрямі вимірювання, метод безпосередньої оцінки, методи порівняння (нульовий, диференціальний, заміщення).

8.1. Похибки і помилки вимірювань

Під похибкою розуміють відхилення отриманого результату вимірювання від істинного значення. Залежно від характеру зміни розрізняють систематичні, випадкові й грубі похибки.

Систематичні похибки при повторних вимірюваннях залишаються по­стійними й виявляються тільки при перевірці приладу.

Випадкові похибки виявляються при повторних вимірюваннях у вигляді розкиду результатів.

Грубі похибки дають різку відмінність від очікуваного результату і їх не враховують.

Залежно від джерела виникнення помилки вимірювання ділять на апарат­ні, методичні й суб'єктивні.

Апаратні або інструментальні помилки залежать від похибок викорис­товуваних засобів вимірювань. Методичні або теоретичні помилки з'явля­ються внаслідок недосконалості методів вимірювань, використання наближе­них співвідношень, покладених в основу обраного методу вимірювання, не ура­хування впливу ряду факторів на точність вимірювання. Суб'єктивні помилки - це помилки, викликані недосконалістю органів почуттів оператора, його не­уважності при проведенні вимірювання.

Залежно від значення вимірюваної величини Х помилки діляться на ади­тивні, абсолютне значення яких не залежить від Х, і мультиплікативні, абсо­лютне значення яких пропорційно Х.

Джерелами адитивної помилки можуть бути: зсув показника приладів з нульової відмітки до проведення вимірювання, тертя в опорах рухомих частин ЕВП, неточність градуювання шкали. Причини мультиплікативної помилки - вплив зовнішніх факторів (зміна температури, зовнішніх електромагнітних по­лів) і старіння елементів і вузлів ЕВП.

8.1.1. Похибки вимірювань. Межі похибок ЕВП, що допускаються, ви­ражаються абсолютною, відносною і приведеною похибками.

Абсолютна похибка - це різниця між вимірюваним і дійсним значеннями

АХ — X — Хд . (81)

Абсолютну похибку вимірюють в одиницях вимірюваної величини, вона може приймати як додатні, так і від’ємні значення.

Відносна похибка - це відношення абсолютної похибки до дійсного зна­чення вимірюваної величини

Відносна похибка характеризує точність вимірювання, її виражають або у відносних одиницях або у відсотках, вона може приймати як додатні, так і від’ємні значення.

8.1.2. Похибки засобів вимірювань. Треба розрізняти похибки вимірю­вань і похибки засобу вимірювань, обумовлені його класом точності.

За способом вираження розрізняють абсолютні і відносні (аналогічні аб­солютній (8.1) і відносній (8.2) похибкам вимірювань), а також приведені похи­бки засобів вимірювання.

Абсолютну похибку, взяту із зворотним знаком, називають поправкою:

П = - АХ = Х0 - Х

Приведена похибка - це відношення абсолютної похибки до нормуючого значення

(8.4)

де XN - нормуюче значення, воно може дорівнювати верхній межі шкали, діапа­зону вимірювань, довжині шкали та ін. Для більшості приладів XN = ХН, де ХН - межа вимірювання ЕВП або номінальне значення вимірюваної величини.

Як і відносна, приведена похибка може виражатися або у відносних оди­ницях, або у відсотках.

За характером зміни розрізняють систематичні і випадкові похибки ЕВП, за умовами застосування ЕВП - основні й додаткові. Основна похибка виникає в ЕВП при нормальних умовах експлуатації, встановлених ДЕРЖСТАНДАРТ 2261-82: температура навколишнього середовища 20 ± 50С; атмосферний тиск 750 ± 30 мм. рт. ст., відносна вологість 65 ± 15%, напруга 220 ± 4,4 В для мере­жі з частотою 50 Гц, нормальне положення шкали приладу, відсутність зовніш­ніх електричних і магнітних полів, крім земного, та ін.

Додаткові похибки ЕВП виникають при відхиленні величин, що вплива­ють (параметрів, вказаних вище), від нормальних значень.

Для характеристики засобів і методів вимірювань застосовують також поняття чутливості - мінімальне значення зміни контрольованого параметра, на яке здатний реагувати вимірювальний прилад.

8.1.3. Класи точності ЕВП. Клас точності ЕВП - це узагальнена харак­теристика, обумовлена межами допуску основних і додаткових похибок, а та­кож іншими властивостями вимірювального засобу, що впливають на точність, значення яких встановлено в стандартах на окремі види вимірювальних засобів.

Основні способи нормування похибок, що допускаються, і позначення класу точності приладів встановлені ДСТ 8.401-80. На шкалі приладу маркіру­ють значення класу точності приладу у вигляді числа, що вказує нормуюче зна­чення похибки у відсотках.

Для засобів, що вимірюють електротехнічні величини і мають верхні ме-

жі, клас точності встановлюють за приведеною похибкою. Для засобів вимірю­вань, що не мають верхніх меж, клас точності встановлюють за відносною по­хибкою. Відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТ 8.401-80 засоби вимірювань при ви­значенні класу точності ділять на чотири групи:

1. Засоби вимірювань, в яких переважає адитивна складова похибки. Це показуючі і самописні прилади з адитивною похибкою від тертя, зміни поло­ження в просторі та ін. Для цієї групи нормується значення похибки, виражене у відсотках (8.4), його використовують для позначення класу точності.

Показуючі ЕВП мають 8 класів точності: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 - лабораторні прилади; 1,0; 1,5; 2,5; 4 - технічні прилади. Цифра, що характеризує клас точно­сті, визначає виражену у відсотках максимальну, основну приведену похибку приладу. Чим менше число, що означає клас точності, тим вище клас точності приладу. Відносну похибку ЕВП визначають співвідношенням

S - ±У —,

Х

де у - клас точності приладу. З виразу (8.5) випливає, що відносна помилка ви­мірювань, що характеризує їхню точність, залежить не тільки від класу точнос­ті приладу, а й від того, на якій частині шкали виконується вимірювання. Будь - який показуючий ЕВП доцільно використовувати тільки в останній чверті шка­ли приладу. У противному разі, навіть у приладу високого класу точності від­носна помилка вимірювання може бути досить великою.

2. Засоби вимірювань, в яких переважає мультиплікативна складова по­милки: дільники напруги, шунти, вимірювальні трансформатори струму й на­пруги та ін. У цій групі нормують межу щодо припустимої похибки у відсотках, а клас точності позначають числом, розміщеним у кружальці (наприклад, (1,5) ), яке показує, що відносна помилка в будь-якій точці не перевищує ±1,5%.

3. Засоби вимірювань, в яких адитивна і мультиплікативна складові по­милки порівнянні. Це цифрові прилади, прилади порівняння з ручним і автома­тичним зрівноважуванням (мости, компенсатори). Для цієї групи приладів межа відносної припустимої основної похибки виражається співвідношенням

S - ± c + d 1 %,

де ХН - межа вимірювань; Х - вимірювана величина; d - уа - АХа /Хн 100% - приведене значення адитивної складової похибки, вираженої у відсотках; с - Sм + у а, причому Sm - АХМ / Хн • 100% - відносне значення мультиплікати - вної складової похибки у відсотках; c і d - постійні числа, а відношення с/d - клас точності приладу, наприклад 0,02/0,01. Перший його член c дорівнює від­носній похибці засобу вимірювання в оптимальних умовах, коли Х = ХН, а дру­гий член d характеризує збільшення відносної похибки вимірювань при змен­шенні Х, тобто вплив адитивної складової похибки.

4. Засоби вимірювань, в яких переважає адитивна складова помилки, і які мають помітно виражену нерівномірну шкалу, наприклад, гіперболічну або ло­гарифмічну. В цьому випадку нормується приведене значення похибки щодо
розмаху шкали. Клас точності позначається у вигляді числа, розміщеного між двома лініями, розташованими під кутом, наприклад ^^/Цифра класу точності означає межу припустимої приведеної похибки, вираженої у відсотках, щодо шкали приладу в міліметрах.