Общие сведения о методах и средствах измерений параметров

Общие сведения о методах и средствах измерений параметров и характеристик ВВТ Занятие: «МЕТОДИКА ВЫБОРА Тема 2: Вопросы: СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ВВТ » 1. Понятие контроля. 2. Методика выбора СИ

Повторение Вопрос 1 Выбрать вольтметр, имеющий наименьшую погрешность при проведении измерения U=30 В. 30 0 V 50 Приведённая погрешность - U = ( 50)/100 U = 1 В 0 V 2, 0 30 30 50 0, 02/0, 01 50 2, 0 Относит. погрешность - U = ( 30)/100 U = 0, 6 В 30 0 200 мм V 2, 0 Привед. погр. l , U l = ( 200)/100; S = 4 мм/В; U = l / 4 U = 1 В Относит. погрешность - = 100 х /хизм=[c+d(xk/xизм– 1)] [0, 02+0, 01( 50/30 -1)] = 0, 027%; х = ( х)/100 = 0, 027 30/100=0, 0075 = 0, 008 А 50

При измерениях значения величины получают единственное её значение с установленной погрешностью: хи ф При контроле значений величины получают область измеренных значений величины, которая удовлетворяет требованиям годности с заданной достоверностью РВЗ = 1 – ( о 1 + о 2) 0, 9 M(х) ф

Понятие достоверности контроля При испытаниях могут возникнуть ситуации: Пусть: Н – гипотеза, тогда: Ситуация 1. Хд и Хи в интервале [a; b]: Р(Н 1) Ситуация 2. Хд и Хи вне интервала [a; b]: Р(Н 2) Ситуация 3. Хд в, а Хи вне интервала [a; b] : Р(Н 3) Ситуация 4. Хд вне, а Хи в интервале [a; b] : Р(Н 4)

Р(Н 1) + Р(Н 2) + Р(Н 3) + Р(Н 4) =1 Р(Н 1) + Р(Н 2) = Рв. з. Р(Н 3) + Р(Н 4) = Рн. з. Критерий достоверности контроля: Р(Н 1) = 1 – (Р(Н 3) + Р(Н 4) ) В других обозначениях и отбросив Р(Н 2): Рв. з. = 1 – ( ЛО + НО)

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ НОРМИРУЕМЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ГОСТ 8. 009 -84 ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ КЛАССЫ ТОЧНОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ГОСТ 8. 401— 80

Выбор СИ 1 сбор исходных данных и постановка измеритель ной задачи 2 определение первоначаль ной совокупности СИ 3 4 расчет требуемой точности измерений Выбор СИ из совокупности

1 Сбор исходных данных ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ состав измеряемых параметров Х; диапазоны изменения значений параметров Хв; допустимые значения суммарной погрешности измерений КП ТР; Сбор исх. данных ПРИ КОНТРОЛЕ ПАРАМЕТРОВ состав контролируемых параметров ХН; значения допусков на отклонения КП (половина поля допуска на КП) И; законы распределения отклонений КП - р(Х); допустимые значения условных вероятностей ложного и необнаруженного отказов ( ЛО и НО) для каждого КП; значения СКО КП х

1 Наряду с этим определяются: особенности подключения СИ к объекту; допустимая продолжительность измерения КП; ограничения m, С и надежностных характеристик СИ; При анализе условий, в которых будут проводиться измерения или КП, определяются: уровни механических воздействий на СИ; значения климатических факторов; наличие активно разрушающей среды; наличие сильных магнитных и электрических полей и защиты от них у выбираемых СИ

2 Метрологические характеристики: КП чувствите диальность пазон Определение первоначальной совокупности СИ Ограничения по: m габа стои надеж ри- мост ности там и Особенности подключения к объекту общие требования современные требования Условия проведения измерения Климатические факторы Уровни механичес ких нагрузок Состояние: Разрушающей среды электр. и магн. поля Форма погрешности измерений: ∆, δ Наличие устройства записи результата измерений Наличие устройства самоконтроля Наличие дистанционног о запуска измерений Уровень квалификации оператора Приспособле нность к работе в АСК Наличие автономного ист. питания Степень автоматизации Система измерительного механизма

3 Расчет требуемой точности измерений 1 I - для измерения параметров устройств: Измерение включает: 1) определение значения параметра х ; 2) оценку точности измерений: ΔФ ТР Выбор правилен Подбор СИ да ∆ТР ≥ ∆Ф нет Повысить КТ или выбрать более точный метод измерений

3 Расчет требуемой точности измерений II 2 - для контроля параметров устройств: Измерительный контроль включает: 1) определение значения КП (путём измерения) М[Х]; 2) определение суммарной допустимой погрешности: ; 3) оценка правильности выбора СИ для КП: ТР Ф. Здесь R - коэффициент допускаемой погрешности (иногда его называют коэффициентом точности)

К 1=К 2=δИ / х δИ – 0, 5 ширины допуска; х – СКО параметра ХН Методика (алгоритм) выбора СИ: Выбор да ∆ТР ≥ ∆Ф нет Выбор правилен Повысить КТ

График для определения r по вероятностям ложного отказа (отклонение контролируемых параметров и погрешность измерения подчиняются закону нормального распределения) ЛО R=1, 0 0, 08 0, 9 0, 07 0, 8 0, 06 0, 7 0, 05 0, 6 0, 04 0, 5 0, 03 0, 4 0, 3 0, 02 0, 01 0, 1 0 0, 5 1, 0 1, 5 2, 0 2, 5 3, 0 3, 5

НО 0, 04 График для определения r по вероятностям необнаруженного отказа (отклонение контролируемых параметров и погрешность измерения подчиняются закону нормального распределения) R=1, 0 0, 9 0, 8 0, 03 0, 7 0, 6 0, 5 0. 02 0, 4 0, 3 0, 01 0, 2 0, 1 0 0, 5 1, 0 1, 5 2, 0 2, 5 2, 75 3, 0

4 Выбор конкретного средства измерений из первоначальной совокупности 4 этап Требования к СИ безотказность, технич. ресурс, гарантийный срок службы устойчивость к внешним воздействующим факторам быстродей ствие простота, удобство, безопасность применения, технич. обслуживания и ремонта Минимальные габариты, масса, стоимость

Особенности выбора средств измерений на основе упрощенных расчетов: Таблица 1 Варианты Не заданы Определение «r» 1 2 3 х по гр. 2, 4 табл. 2 (по ЛО и НО ) по гр. 3, 5 табл. 2 из ряда 0, 5; 0, 4; 0, 3 (предпочтительно); 0, 25; 0, 2; 0, 15; 0, 1 З-н распред КП ЛО и НО , З-н распред КП Определение «r» ЛО, % Таблица 2 НО, % норм. 0, 1 0, 2 0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 0, 7 0, 8 0, 9 1, 0 равновер. норм. равновер. 0, 7 1, 3 2, 1 2, 8 3, 7 4, 5 5, 5 6, 5 7, 5 8, 6 1, 3 2, 6 3, 9 5, 2 6, 5 7, 8 9, 1 10, 4 11, 7 13, 0 0, 7 1, 3 1, 8 2, 4 3, 0 3, 5 4, 1 4, 5 5, 0 5, 4 1, 5 2, 5 3, 6 4, 7 5, 5 6, 2 6, 8 7, 2 7, 6 8, 0

1 Задача : Подобрать СИ из условия: ΔФ ТР Исходные данные: - ожидаемое значение измеряемого сопротивления R = 15 Ом; - верхний предел измерений Rв = 20 Ом, нижний предел Rн = 10 Ом; - допустимое значение погрешности измерений ∆тр = 0, 5 Ом. - условия эксплуатации: температура + 10 о. С (нормальная температура 20 5 о. С), влажность воздуха 65 ± 15 %.

Выбираем омметр из подобранного ряда класса Кт = 1, 5: Тип Предел измерений R, Ом КТ lшк, мм, равномерность шкалы Омметр М 372 20 1, 5 82, неравномерная Омметр М 371 100/10000 1, 5 82, неравномерная Прибор комбинированный Ф 4313 300/50000/ 500000/5000000 1, 5 71, неравномерная Прибор комбинированный Ц 4352 200/30000/ 300000 1, 0 58, неравномерная

Решение: 1). Определяем нормирующее значение (конечное значение диапазона измерений): RN = Rв + ∆тр. Полагаем RN = 20, 5 Ом. 2). Вычисляем ориентировочное значение требуемого класса точности: По расчету принимаем Кт. тр = 1, 5, т. к. электромеханические приборы класса точности 2 – не выпускаются. 3). Выбираем омметр из подобранного ряда класса Кт. тр = 1, 5

Решение: 4). Для предложенных в Таблице 1. СИ, находим фактический предел суммарной погрешности прибора ∆ф: , , , Вычисления ……. Вывод: Следует выбрать комбинированный прибор Ц 4352, т. к. его 0, 5 Ом

2 Задача: подобрать СИ, позволяющее контролировать напряжение UН= 12 В Исходные данные: - номинальное напряжение: UН = 12 В; - допускаемое отклонение от номинального значения: δИ = ± 1 В; - з-н распределения значений КП - нормальный; - СКО КП : х = 0, 7 В; - допустимые значения вероятностей ЛО : αЛО = 0, 02 и НО: βНО = 0, 01; - измерения следует производить в диапазоне температур: (+10…+25)о. С при влажности (65 ± 15) %.

Предлагается остановить выбор средств измерений для контроля на каком-то из этих приборов Тип Предел измерений UК, В КТ lшк, мм, равномерность шкалы Вольтметр М 4200/1 15 1, 5 82, неравномерная Прибор комбинированный Ф 4313 300/50000/ 500000/5000000 1, 5 71, неравномерная

Решение: 1). Определим R по заданному значению вероятности ложного отказа. Для этого найдём: Откладываем это значение по оси абсцисс выбранного графика. По оси ординат откладываем заданное допускаемое значение Рло=0, 02. Точка пересечения отложенных абсциссы и ординаты лежит между кривыми, соответствующими R = 0, 3 и 0, 4. Интерполируя кривую, проходящую через полученную точку, получим график с параметром R' = 0, 32. Аналогичные действия производим для определения R по вероятности необнаруженного отказа. Точка пересечения отложенных абсцисс и ординат дает R'' = 0, 26.

Из двух значений R' и R'' меньшее принимаем за искомое, тогда R = 0, 26: 2). Вольтметры имеют ближайший к значению 12 В верхний предел измерения 15 В. Тогда ориентировочная приведенная погрешность в процентах от предела измерения: Ближайшим к значению 1, 73 классом точности вольтметров является 1, 5. 3). Рассчитываем значение суммарной погрешности измерений ориентировочно выбранного средства измерений: Вывод: Следует выбрать вольтметр М 4200/1.