Základní požadavky a pravidla měření

Transkript

1 Základí požadavky a pravidla měřeí Základí požadavky pro správé měřeí jsou: bezpečost práce teoretické a praktické zalosti získaé přípravou a měřeí přesost a spolehlivost měřeí optimálí orgaizace průběhu měřeí Příprava měřeí Spočívá především ve volbě ejlepší metody měřeí pro splěí zadaého úkolu, ejvhodějších dostupých přístrojů, propojovacích vodičů, vypíačů a ochra. Pro proudové okruhy musí být vodiče dimezováy tak, aby ebylo překročeo jejich amáháí. Obvykle se volí jejich proudová hustota do 3 A/mm 2. Pro apěťové okruhy mohou mít vodiče průřezy malé. Izolace vodičů se volí s ohledem a provozí apětí. Před měřeím je uté avrhout tabulku obsahující začky měřeých veliči, jejich jedotky a další důležité iformace, kam budou měřeé a počítaé hodoty při měřeí zapisováy. Při získáí výsledků měřeí výpočtem se pod tabulku uvádí výpočet jedé, v tabulce ozačeé hodoty (uvede se i obecý vzorec, do kterého se dosadí kokrétí hodoty). Přístroje a pracovišti se musí rozmístit tak, aby z ich bylo možé sado a pohodlě odečítat měřeé hodoty s miimálími chybami (u ručkových přístrojů s vyloučeím chyby paralaxy) a přitom údaje zapisovat. Měřeý předmět emusí být v popředí pracoviště. Postup zapojováí měřícího pracoviště se obvykle volí tak, že se podle předem avržeého schéma zapojí proudové a apájecí obvody s příslušými měřiči proudu (proudovými převodíky) a potom se připojí přístroje pro měřeí apětí. Před zahájeím měřeí (zapojeím apájecích zdrojů) musí být provedea ještě kotrola správosti zapojeí vedoucím měřeí. Rozděleí měřících metod a volba přístrojů Základí rozděleí: * měřící metody absolutí, vycházející z defiic měřeých veliči. Výsledky jsou určováy výpočty z defiičích rovic. * měřící metody porovávací, při ichž se porovávají hodoty měřeé veličiy s hodotami veliči téhož druhu, ebo veliči jiého druhu, kde ale musí být zám fukčí vztah mezi těmito veličiami. Rozděleí podle fukce přístrojů: * výchylkové, kde se měřeé veličiy určují z výchylek přístrojů (platí i pro přístroje s digitálími displeji). * ulové, u kterých měřící přístroje slouží jako idikátory ulové výchylky 1

2 Rozděleí podle způsobu určeí měřeé veličiy: * přímé, kde měřeou veličiu přímo ukazuje (zobrazuje) přístroj. * epřímé, měřeá veličia se získá výpočtem z údajů více přístrojů. Pro volbu měřící metody (pokud eí zadáa) jsou podstatá tato kritéria: požadovaá přesost výsledků, vybaveí laboratoří, počet prováděých měřeí, účel měřeí, požadavky zadáí (orem, předpisů, zákazíka atd.), časové možosti. Volba přístrojů pro měřeí se řídí hlavě těmito kritérii: požadovaá přesost výsledků měřeí, druh měřeé veličiy (stejosměrá, střídavá atd.), hodota měřeé veličiy (efektiví, středí, atd.), přítomost rušivých polí při měřeí, rušivé vlivy prostředí, způsob měřeí, zvoleá (určeá) měřící metoda, vybaveí laboratoře. Kostata měřícího přístroje Je defiováa jako číslo, kterým se ásobí údaj přístroje v dílcích pro získáí hodoty měřeé veličiy, ebo jako počet fyzikálích jedotek a jede dílek stupice. kde N... aměřeá veličia... počet dílků stupice pro N K N M m M... ejvětší hodota veličiy a měřeém rozsahu m... počet dílků odpovídajících M Obecě je uto rozlišovat kostatu samotého přístroje K a kostatu přístroje s příslušestvím K p, které měí jeho rozsahy ( bočíky, předřadé rezistory atd.). kde K p =. K... číslo, které udává, kolikrát příslušeství měí rozsah přístroje. Převráceou (reciprokou) hodotou kostaty je citlivost přístroje C = 1/K Je to tedy počet dílků a jedotku měřeé veličiy. Používá se především u galvaometrů. Pro wattmetr, který má dvě cívky (proudovou a apěťovou) s rozsahy M I a M U je celkový výkoový rozsah dá: M P = M I. M U. cos Výraz cos je tzv. jmeovitý účiík wattmetru. U ormálích přístrojů je rove 1 a a jejich stupicích ebývá udává. U speciálích přístrojů je rove hodotě 0,1 ebo 0,2 a je a stupicích udává. 2

3 Chyby měřeí, jejich zjišťováí a opravy Měřeím se staoví číselá hodota měřeé veličiy. Přesost měřeí se udává epřímo velikostí chyby. Základí rozděleí chyb: * soustavé (systematické): jsou zámé příčiy (spotřeba, epřesost přístrojů, vliv teploty atd.) * ahodilé (příčiy jsou ezámé, je možé je zmešit je opakovaým měřeím a metodami vyrovávacího počtu) * omyly (špatě zvoleá metoda měřeí, esprávé odečítáí měřeých hodot atd.) Rozděleí chyb podle matematického vyjádřeí: * Absolutí chyba: rozdíl mezi aměřeou a skutečou, správou hodotou = N - S je vyjádřea v jedotkách měřeé veličiy ebo v dílcích stupice * Poměrá (relativí) chyba: je to číslo bezrozměré * Procetí chyba: výhodější vyjádřeí poměré chyby r = /S =. 100 [%] Často eí zámá skutečá hodota S. Pak se dosazuje aměřeá hodota N. Rozděleí chyb podle zdrojů chyb: * subjektiví - zaviěé obsluhou r /N ( /N).100 [%] * objektiví - způsobeé použitou metodou (metodické), měřících přístrojů, použitými součástkami (odpory přívodů, přechodové odpory), rušivými vlivy (elektromagetická rušivá pole, měící se teplota atd.) Přesost měřeí je dáa celkovou chybou měřeí kde m chyba metody, p chyba přístrojů, krají ahodilá chyba měřeí. celk = m ( p + ) Přesost měřeí se vyjadřuje procetí chybou: celk = ( celk /N).100 [%] 3

4 Po odečteí chyby metody (kterou je možé vypočítat), je možé přesost měřeí určit: celk = ( p + ) ebo celk (psáo zkráceě celk ) Důležité pojmy z oprav chyb * Rozsah stupice je dá krajími hodotami stupice. * Měřící rozsah je určitým způsobem ozačeá část stupice, kde lze měřit s defiovaou přesostí. * Největší hodota měřícího rozsahu M je určea horí hraicí měřícího rozsahu. * Oprava (korekce) je záporě vzatá chyba: * Opravá (korekčí) křivka je graf: O = f( ) Body křivky se spojují lomeou čarou. O = - = S - N [dílky; dílky] * Třída přesosti T p je číslo z předepsaé řady (0,05-0,1-0, ,5-2,5-5), které klasifikuje přesost přístroje. Určuje se tak, že se z opravé křivky zjistí ejvětší oprava O max (bez ohledu a zaméko) a vypočte se procetí chyba = ( O max /X). 100 [%] (Nejčastěji je X = M). Potom se procetí chyba zaokrouhlí a ejblíže vyšší čle uvedeé řady. Opravou křivku je možé použít ke zjištěí správé veličiy S podle vztahu: S = N + O. Opravy chyb Při velmi přesých měřeích se k částečému vyloučeí ahodilých chyb používá matematických metod vyrovávacího počtu. Daé měřeí se musí -krát opakovat a pak se aměřeá veličia N určí jako aritmetický střed hodot: N i N 1 K výsledku měřeí N se připojuje celková chyba obvykle celk = ( p + ), kde p = (X/100).T p... ejvětší možá absolutí chyba přístroje.... krají ahodilá chyba, která se u přímých měřeí počítá ze vzorce: i 3. i 1 ( N N ) ( 1) i 2 Výsledek přesého měřeí se potom píše takto: U = N celk ebo častěji: U = N celk, kde celk = ( celk /N).100 4

5 Chyby početích výsledků měřeí. Pak: U epřímých metod měřeí se výsledá veličia počítá z ěkolika změřeých: Y = f(x 1, X 2, X 3, ) A) Jsou-li zámy i jejich celkové chyby, pak platí pro součtové metody: Y = X 1 X 2 X 3 a Y = Jestliže se hledaá veličia získává jako algebraický součet ěkolika dílčích veliči, pak výsledá absolutí chyba je součtem absolutích hodot absolutích chyb měřeých veliči. Pozámka: Metody, u ichž se výsledá veličia získává z rozdílu dvou číselě velmi blízkých změřeých hodot jsou epřesé a je vhodé se jim vyhout. B) Jestliže se hledaá veličia získává je ze součiů a podílů dílčích veliči, pak relativí ( procetí) chyba výsledku je součtem relativích (procetích) chyb dílčích veliči. Y X1. X 2... X X. X tedy: Y = Vyskyte-li se ve výrazu pro Y, složeém je ze součiů a podílů veličia X i, pak se její procetí chyba počítá - krát (platí i pro lomeé expoety - odmociy) Pro: Y lx Y = X Y c.x Y = c. X c kostata Y f(x) Y = f (X) X Určováí chyb číslicových přístrojů Pro číslicové voltmetry se epoužívá pojem třída přesosti. Jejich chyby se dělí a tzv. základí (při vztažých podmíkách) a přídavé (vedlejší).(a př. a změu teploty o 1 C) Základí chyby se vyjadřují dvěma složkami a to buď jako chyby absolutí, ebo relativí: V = [V] ebo V = [%] Jeda ze složek a velikosti měřeého apětí ezávisí a druhá závisí. Jsou dva způsoby vyjádřeí chyb, užívaé výrobci: A) Chyba voltmetru je vyjádřea chybou v % měřeé veličiy U x (v % údaje) - 1 a 2 chyba v % ejvětší hodoty měřícího rozsahu U m. V tomto relativím vyjádřeí složka 1 ezávisí a U x, 2 a U x závisí. Pro absolutí chyby ale: V = ( 1 /100).U x + ( 2 /100).U m = [V; %, V] je a U x závislá složka 1. Chyba 1 ( 1 ) je způsobea a př. odchylkami hodot rezistorů vstupího děliče přístroje od jmeovitých hodot. Chybu 2 ( 2 ) může způsobovat chyba uly zesilovačů, komparátorů, kvatizačí chybou A-Ć převodíků atd. 5

6 Příklad 1: B) Chyba voltmetru je vyjádřea chybou v % měřeé veličiy - 1 a 2 (absolutí chyba v počtu jedotek posledího místa displeje; její hodota ve V závisí a zvoleém rozsahu a počtu míst displeje - je to počet kvatovacích kroků číslicového voltmetru). Základí chyba V-metru je: Výsledá absolutí chyba je: v = ( 1 /100).U x 2.K 0,001 % údaje 0,0005 % rozsahu ebo 0,001 % údaje 5 kvatovacích kroků [v; %.V, kvat.kr., V/kvat.kr.] Hodota K závisí a rozsahu a délce zobrazovače a udává hodotu kvatovacího kroku ( posledího místa displeje ve V). Příklad 2: Číslicový voltmetr má pětimístý displej, tedy maximálí údaj Měří se a rozsahu 10V, aměřeé apětí je 5,0000V. Chyba V-metru je: a) 0,01 % údaje 0,01 rozsahu b) 0,01 % údaje 7 kvatovacích kroků Zjistit maximálí absolutí chybu pro obě specifikace chyb: ad a) = [V] = 1,5 mv (Skutečá hodota leží mezi 4,9985 a 5,0015 V). ad b) = [V] 1,2mV (Skutečá hodota leží mezi 4,9988 V a 5,0012 V). Literatura: M.Fiala, M.Vrožia,J. Hercik: Elektrotechická měřeí I SNTL 1986 V.Fajt, V.Haasz, M. Sedláček: Elektrická měřeí ČVUT skripta