Курсовая метрология, Дипломная из Измерение, метрологии и управления. Moscow State Institute of Steel and Alloys
maria_shuliaeva
maria_shuliaeva5 November 2016

Курсовая метрология, Дипломная из Измерение, метрологии и управления. Moscow State Institute of Steel and Alloys

DOC (271.0 KB)
31 страница
37количество посещений
Описание
Курсовая работа 2 курс метрология
20очки
пункты необходимо загрузить
этот документ
скачать документ
предварительный показ3 страница / 31
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
предварительный показ закончен
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
предварительный показ закончен
консультироваться и скачать документ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

МОСКОВСКИЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра физических процессов горного производства и геоконтроля

УДК 523.43:534.647:629.78 ЗАЩИЩЕНО с оценкой «____________» _________Э.А. Эртуганова

«____»___________2015 г.

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Метрология стандартизация и сертификация

в горном деле и нефтегазовом производстве»

на тему:

«Метрологические характеристики средств измерений на примере

контрольно-измерительного прибора частотомер»

Вариант №22

Исполнитель,

студентка группы ГФ-14-2_____________________________ М.А. Шуляева

Москва 2015

РЕФЕРАТ

В курсовой работе 32 с., 5 рис., 2 табл., 11 источников.

ЧАСТОТОМЕР, ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ, СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ,

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, КЛАСС ТОЧНОСТИ,

КАЛИБРОВКА

Объект исследования – контрольно–измерительный прибор частотомер.

Цель работы – ознакомиться со средствами измерения, их метрологическими

характеристиками, порядком проведения поверки и калибровки средств

измерения на примере контрольно–измерительного прибора – частотомер,

произвести расчет технического задания.

В работе использованы источники научно–технической информации и НТД

(ГОСТ 22261-76, ГОСТ 7590-78, ГОСТ 9999-79).

В работе получены метрологические характеристики: цифрового частотомера

ATTEN F2700-C – диапазон частот 10Гц ~ 2700МГц, входной импеданс

1МОм - 1й канал, 50Ом - 2й канал; цифрового частотомера MASTECH MS6100 – диапазон частот канал А 10Гц ~ 10MГц, диапазон частот канал В

100MГц ~ 1300MГц. В расчетной части определен класс точности – 2,5; определен рабочий участок –730-2200 Гц; согласно правилам округления определен результат измерения.

Область применения работы – полученные знания в области

метрологического обеспечения необходимы для работы по специальности в

области приборного контроля. Теоретические знания мы применили к

конкретному СИ.

СОДЕРЖАНИЕ

1 ВВЕДЕНИЕ........................................................................................... 5

2 1 МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ

ИЗМЕРЕНИЙ НА ПРИМЕРЕ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО

ПРИБОРА ЧАСТОТОМЕР............................................................................. 6

2.1 1.1 Классификация средств измерений............................................... 6

2.2 1.4 Параметры измерительных приборов........................................... 10

2.3 1.5 Поверка и калибровка средств измерения.................................... 10

2.4 1.6 Погрешности средств измерений.................................................. 13

3 2 Исследуемый прибор – ЧАСТОТОМЕР.......................................... 15

3.1 2.1 История создания частотомера...................................................... 15

3.2 2.2 Принцип действия частотомера..................................................... 16

3.3 2.3 Правило подключения частотомера............................................. 17

3.4 2.4 Классификация частотомеров........................................................ 18

3.5 2.4.1 Электроизмерительные частотомеры......................................... 19

3.5.1 Аналоговые стрелочные частотомеры................................................ 19

3.5.2 Вибрационные (язычковые) частотомеры.......................................... 19

3.6 2.4.2 Радиоизмерительные частотомеры ........................................... 19

3.6.1 Резонансные частотомеры.................................................................... 19

3.6.2 Электронно-счетные частотомеры...................................................... 20

3.6.3 Гетеродинные частотомеры.................................................................. 21

3.6.4 Конденсаторные частотомеры............................................................. 21

3.7 2.4.3 Технические характеристики цифрового частотомера ............ 22

3.8 2.5 Процедура проведения поверки..................................................... 23

4 2.6 Выводы............................................................................................. 27

5 3. Расчетное задание ............................................................................ 28

5.1 3.1 Обработка результатов однократных измерений: определение класса

точности СИ..................................................................................................... 28

5.2 3.2 Выбор средств измерений по точности........................................ 28

5.3 3.3 Выбор средств измерений по точности........................................ 28

5.4 3.4 Обработка результатов однократных измерений......................... 29

6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................... 30

7 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.................................. 31

ВВЕДЕНИЕ

Средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерений,

имеющее нормированные метрологические характеристики,

воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер

которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в

течение известного интервала времени [1]. Под средствами измерений

понимаются только такие технические устройства, которые внесены в

Госреестр и подлежат периодической поверке (калибровке).

Проверка средства измерений - комплекс мер, исполняемых объектами

государственной метрологической службы с целью подтверждения

соответствия СИ установленным ГОСТ техническим требованиям.

Калибровка средства измерений - комплекс принятых мер, исполняемых для

подтверждения и определения действующих значений метрологических

характеристик (или) годности к использованию СИ, не подлежащего

обязательному государственному контролю и метрологическому надзору [2].

1 МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ НА

ПРИМЕРЕ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА ЧАСТОТОМЕР

1.1 Классификация средств измерений

1) По техническому назначению:

Мера физической величины — средство измерений, предназначенное для

воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или

нескольких заданных размеров, значения которых выражены в

установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для

получения значений измеряемой физической величины в установленном

диапазоне [2].

Измерительный преобразователь — техническое средство с нормативными

метрологическими характеристиками, служащее для преобразования

измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал,

удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации

или передачи.

Измерительная установка (измерительная машина) — совокупность

функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных

преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной

или нескольких физических величин и расположенная в одном месте.

Измерительная система — совокупность функционально объединенных мер,

измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других

технических средств, размещенных в разных точках контролируемого

объекта и т. п. с целью измерений одной или нескольких физических

величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов

в разных целях [3].

Измерительно-вычислительный комплекс — функционально объединенная

совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств,

предназначенная для выполнения в составе измерительной системы

конкретной измерительной задачи.

2) По степени автоматизации:

• автоматические;

• автоматизированные;

• ручные.

3) По стандартизации средств измерений:

• стандартизированные;

• нестандартизированные.

4) По положению в поверочной схеме:

• эталоны;

• рабочие средства измерений.

5) По значимости измеряемой физической величины:

• основные средства измерений той физической величины,

значение которой необходимо получить в соответствии с

измерительной задачей;

• вспомогательные средства измерений той физической величины,

влияние которой на основное средство измерений или объект

измерений необходимо учитывать для получения результатов

измерений требуемой точности.

1.2 Метрологические характеристики средств измерений

Согласно ГОСТ 8.009-84, метрологическими характеристиками называются

технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие

влияние на результаты и на погрешности измерений, предназначенные для

оценки технического уровня и качества средства измерений, для определения

результатов измерений и расчетной оценки характеристик инструментальной

составляющей погрешности измерений [4].

Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами,

называются нормируемыми, а определяемые экспериментально —

действительными.

Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений

(без введения поправок):

• функция преобразования измерительного преобразователя, а

также измерительного прибора с неименованной шкалой;

• значение однозначной меры;

• цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной

меры;

• вид выходного кода для цифровых средств измерений;

• характеристики погрешностей средств измерений;

• характеристики чувствительности средств измерений к

влияющим величинам;

• динамические погрешности средств измерений (переходная

характеристика, АЧХ, АФХ и т.д.).

1.3 Классификация измерительных приборов

1) По способу представления информации:

• показывающий измерительный прибор — измерительный

прибор, допускающий только отсчитывание показаний значений

измеряемой величины [2];

• регистрирующий измерительный прибор — измерительный

прибор, в котором предусмотрена регистрация показаний.

Регистрация значений может осуществляться в аналоговой или

цифровой формах. Различают самопишущие и печатающие

регистрирующие приборы.

2) По методу измерений:

• измерительный прибор прямого действия — измерительный

прибор, например, манометр, амперметр в котором

осуществляется одно или несколько преобразований измеряемой

величины и значение её находится без сравнения с известной

одноимённой величиной;

• измерительный прибор сравнения — измерительный прибор,

предназначенный для непосредственного сравнения измеряемой

величины с величиной, значение которой известно.

3) По форме представления показаний:

• аналоговый измерительный прибор — измерительный прибор,

показания которого или выходной сигнал являются непрерывной

функцией изменений измеряемой величины;

• цифровой измерительный прибор — измерительный прибор,

показания которого представлены в цифровой форме.

4) По виду измеряемых величин:

• приборы для измерения характеристик электрического тока

(амперметр, частотомер, частотомер);

• приборы, измеряющие давление;

• приборы, измеряющие температуру;

• приборы для измерения расхода, количества, состава, уровня,

состояния вещества.

5) По другим признакам:

• суммирующий измерительный прибор — измерительный прибор,

показания которого функционально связаны с суммой двух или

нескольких величин, подводимых к нему по различным каналам;

• интегрирующий измерительный прибор — измерительный

прибор, в котором значение измеряемой величины определяются

путём её интегрирования по другой величине.

6) По способу применения и конструктивному исполнению:

• стационарные;

• щитовые;

• панельные;

• переносные.

7) По назначению:

• рабочие – применяются для конкретных практических целей

измерений;

• образцовые – для хранения и воспроизводства единиц

измерения, для проверки и градуировки приборов;

• эталонные – воспроизведение единиц измерения с максимально

возможной точностью.

8) По точности:

• разделяются по классам, обозначаемым цифрами: 0,1; 0,15; 0,2;

0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0.

Обычно цифры, соответствующие классу точности прибора, наносят на

шкалу и заключают в окружность. Класс точности выражается числом

погрешности, соответствующей нормальным условиям работы прибора. В

настоящее время на промышленных предприятиях применяют в основном

приборы классов точности 0,4; 0,5; 0,6; 1; 1,5, что удовлетворяет возросшим

требованиям промышленных технологических процессов.

1.4 Параметры измерительных приборов

Для измерительных приборов характерен следующий ряд параметров:

1) Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, на

который рассчитан прибор при его нормальном функционировании (с

заданной точностью измерения).

2) Порог чувствительности — некоторое минимальное или пороговое

значение измеряемой величины, которое прибор может различить.

3) Чувствительность связывает значение измеряемого параметра с

соответствующим ему изменением показаний прибора.

4) Точность — способность прибора указывать истинное значение

измеряемого показателя (предел допустимой погрешности или

неопределённость измерения).

5) Стабильность— способность прибора поддерживать заданную точность

измерения в течение определенного времени после калибровки [2,4].

1.5 Поверка и калибровка средств измерения

Средства измерения, используемые в сферах государственного

метрологического контроля, подлежат поверке при выпуске из производства

и ремонта, при ввозе по импорту, при эксплуатации и продаже.

Поверкой называется установление пригодности средств измерения

применению на основании экспериментально определенных

метрологических характеристик и контроля их соответствия установленным

требованиям.

Различают государственную и ведомственную поверку, а также первичную

(при выпуске из производства, после ремонта, при ввозе из - за границы) и

периодически проводимую через установленные промежутки времени.

Периодические поверки устанавливают из расчета исправности СИ между

поверкой. Возможно проведение внеочередной и инспекционной поверки [2].

Внеочередная поверка проводится, не зависимо от срока периодической

поверки, когда необходимо убедиться в исправности СИ. Внеочередную

поверку проводят при контроле поверочного процесса, при повреждении

поверочного клейма.

Инспекционная поверка проводится при метрологической ревизии. Проверка

осуществляется метрологической службой. Поверочные измерения

выполняются при нормальных условиях, которые регламентируются

ГОСТ 8.395-80 - Нормальные условия при поверке. Поверка является одним

из звеньев передачи размера единицы от эталона к рабочим средствам

измерения [2].

Органом государственной метрологической службы проводится аккредитация

на право проведения поверки. По решению государственного стандарта право

поверки может быть предоставлено другим организациям при условии их

аккредитации на право поверки. Порядок аккредитации устанавливает

государственный стандарт. Поверку проводят лица, аттестованные в качестве

поверителей в органе государственной метрологической службы.

Поверка подразделяется на три части: метрологическую, техническую и

административную. При метрологической поверке устанавливают:

• основную погрешность прибора;

• стабильность, повторяемость и дрейф;

• чувствительность к электромагнитным помехам, разрешающим

способность считывающих устройств и т. д [4].

При технической поверке осуществляют: поверку общего состояния средств

измерения, обнаружение грязи, износа, правильность установки средств

измерения, оценку возможности получения неправильных измерений

вследствие умышленного неправильного использования.

При административной поверке поверяют наличие знака поверительного

клейма или сертификата о поверке, даты предыдущей поверки, целостность

клейм, замков и других устройств, наличие документов (протоколов поверки,

ремонтов).

Первичная поверка проводится с целью обеспечения соответствия вводимых

в действие СИ утвержденному типу. Последующая поверка проводится с

целью установления пригодности к применению СИ находящихся в

эксплуатации и подтверждение или снятие этого статуса. Первичная поверка

может проводиться на территории изготовителя, пользователя, органа

государственной метрологической службы или независимой организации.

Место проведения поверки устанавливает изготовитель, торгующая

организация или пользователь.

Первичная поверка может проводиться поэтапно, например: часть поверки

может проводиться перед установкой, а часть после установки СИ на месте

эксплуатации. Первичной поверке, как правило, подлежит каждый экземпляр

СИ. Для простейших средств измерения, выпускаемых массовым тиражом,

допускается выборочная поверка. При положительных результатах

выборочной поверки на все средства измерения из поверяемой партии

наносится знак поверительного клейма. Последующую поверку должен

проходить каждый образец СИ или соответствующий образец данной

совокупности СИ. Органы государственной метрологической службы

обязаны учитывать результаты последующих поверок и разрабатывать

рекомендации по корректировке межповерочного интервала. Результатом

является подтверждение пригодности СИ к применению в сферах

подлежащих государственному метрологическому контролю, или признание

СИ не пригодными. При положительных результатах поверки на СИ

наносится знак поверительного клейма и (или) выдается свидетельство -

сертификат о поверке. У не пригодных СИ аннулируется сертификат и оттиск

поверительного клейма и выписывается свидетельство о не пригодности.

Органы государственной метрологической службы должны обеспечивать

контроль поверочного процесса. При контроле проверяют правила и

методику поведения поверки, персонал проводящий поверку, эталоны и

вспомогательное оборудование, межповерочные интервалы, время и место

проведения поверки и т.д.

1.6 Погрешности средств измерений

Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от

её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой

(мерой) точности измерения [2,4].

Классификация погрешностей:

По форме представления:

1. Абсолютная погрешность средства измерений – погрешность средства измерений,

выраженная в единицах измеряемой физической величины.

2. Относительная погрешность средства измерений – погрешность средства

измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности

средства измерений к результату измерений или к действительному

значению измеренной физической величины.

3. Приведенная погрешность средства измерений– относительная погрешность,

выраженная отношением абсолютной погрешности средства

измерений к условно принятому значению величины, постоянному

во всем диапазоне измерений или в части диапазона. По причине возникновения:

1. Приборные погрешности — погрешности, которые определяются

погрешностями применяемых средств измерений и вызываются

несовершенством принципа действия, неточностью градуировки

шкалы, ненаглядностью прибора.

2. Методические погрешности — погрешности, обусловленные

несовершенством метода, а также упрощениями, положенными в

основу методики.

3. Субъективные погрешности — погрешности, обусловленные

степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и

другими качествами оператора.

2 Исследуемый прибор – ЧАСТОТОМЕР

2.1 История создания частотомера

Последнее десятилетие девятнадцатого века было отмечено бурным

развитием радио, которое повлекло за собой необходимость в измерении и

настройке их рабочих частот. И такой прибор был создан, а назвали его

частотомер.

Первые частотомеры были аналоговыми, т.е. измеряли непосредственную

частоту электрического сигнала. А по способу измерения сигнала

частотомеры разделялись на гетеродинные, резонансные и вибрационные.

Так, на электростанциях использовался вибрационный метод измерения

частоты, и такие частотомеры просуществовали вплоть до восьмидесятых

годов двадцатого столетия. А гетеродинные и резонансные частотомеры

использовались как радиоизмерительные приборы. Они сравнивали

входящую частоту с частотой генератора (гетеродином), или резонатора.

До 1950-х годов аналоговые, ламповые, частотомеры были большими и

имели стрелочный прибор, на который выводилось значение частоты.

Точность такого прибора была не очень высокая. С момента изобретения

транзистора, в 1947 году, размеры этих приборов значительно уменьшаются,

но стрелочный прибор всё равно не мог дать высокой точности измерений. И

только с развитием цифровой техники, в 1980-х годах, и с всё большим

распространением цифровой индикации, частотомеры начали приобретать

высокую точность измерения. При этом, широкое распространение в области

измерения частот, завоевал метод сравнения. Самым значительным стало

появление электронно-счётного частотомера. Он подсчитывал количество

колебаний неизвестной волны за очень точный промежуток времени. А

точность такого прибора достигла величины 10 -17 степени, т.е. 17 знаков

после запятой.

На сегодняшний день частотомеры значительно отличаются от собратьев

двадцатого века. Это очень высокоточная аппаратура с диапазоном

измеряемых частот от долей герца до десятков гигагерц. Так довольно много

частотомеров, построенных на микропроцессорах, работают в паре с

компьютером. Создание современной высокоточной электроники требует всё

более точных измерительных приборов, и частотомер один из основных.

2.2 Принцип действия частотомера

Принцип действия цифрового частотомера основан на подсчете числа

периодов неизвестной частоты fx за известный интервал времени измерения

Tи (время счета). Если за время Tи подсчитано N импульсов, то среднее

значение измеряемой частоты fx=N/Tи.

Исследуемый периодический сигнал (импульсный или гармонический) с

частотой fx подается на входное устройство (ВУ), усиливающее или

ослабляющее его до необходимого значения. Снимаемый с выхода ВУ

гармонический сигнал u1 поступает на формирователь импульсов (ФИ),

преобразующий его в последовательность коротких однополярных импульсов

u2, следующих с периодом Tx=1/fx. и называемых счетными. Передние

фронты счетных импульсов должны практически совпадать с моментами

перехода сигнала через нулевое значение при его возрастании.

Схемотехнически формирователь импульса состоит из усилителя-

ограничителя и компаратора. Счетные импульсы u2 поступают на один из

входов временного селектора (ВС), на второй вход которого от устройства

формирования и управления (УФУ) подается строб-импульс u3

прямоугольной формы и калиброванной длительности Tи>Tx. Временной

селектор открывается строб-импульсом u3 и в течение длительности строб-

импульса пропускает группу из Nx импульсов u2 на вход счетчика (СЧ).

Счетчик подсчитывает число импульсов Nx и выдает соответствующий код в

цифровое отсчетное устройство (ЦОУ) частотомера. Для формирования

строб-импульса используется кварцевый генератор (КГ), вырабатывающий

тактовые сигналы стабильной частоты и декадный делитель частоты (ДЧ).

Рисунок 1 - Временная диаграмма работы цифрового частотомера

2.3 Правило подключения частотомера Ферродинамические частотомеры обычно включают в сеть переменного напряжения параллельно или через

добавочное устройство ДУ (рис. 4, а, б), представляющее собой электрическую цепь с резисторами, индуктивными катушками и конденсаторами, находящимися в отдельном кожухе. При включении

частотомера нужно проверять соответствие напряжения сети номинальному напряжению прибора, которое

указано на его шкале. Изготовляют также ферродинамические частотомеры без добавочных устройств на

несколько номинальных напряжений, каждому из которых соответствуют определенный зажим прибора и общий зажим, отмеченный знаком «*».

Рисунок 2 - Принципиальная схема ферродинамического частотомера

Рисунок 3 - Схема подключения частотомера: а - непосредственно в сеть, б -

через добавочное сопротивление

2.4 Классификация частотомеров

Частотомеры подразделяются в зависимости от следующих параметров:

1) по методу измерения:

• частотомеры непосредственной оценки (к примеру, аналоговые);

• частотомеры сравнения (к примеру, гетеродинные, резонансные,

электронно-счетные).

2) по физическому смыслу измеряемой величины:

• частотомеры для измерения частоты синусоидальных колебаний

(аналоговые).

• частотомеры для измерения частот гармонических составляющих

(резонансные, гетеродинные, вибрационные);

• частотомеры для измерения частоты дискретных событий

(конденсаторные, электронно-счетные).

3) по исполнению (конструкции):

• частотомеры щитовые; частотомеры переносные;

• частотомеры стационарные.

4) по области применения:

• электроизмерительные (частотомеры аналоговые стрелочные,

резонансные, а также частично – частотомеры конденсаторные и

электронно-счетные);

• радиоизмерительные (частотомеры гетеродинные, резонансные,

конденсаторные, электронно-счетные).

Для обозначения типов электроизмерительных (низкочастотных)

частотомеров традиционно используется отраслевая система обозначений, в

которой приборы маркируются в зависимости от системы (основного

принципа действия):

Вхх — вибрационные частотомеры

Дхх — приборы электродинамической системы

Эхх — приборы электромагнитной системы

Мхх — приборы магнитоэлектрической системы

Цхх — приборы выпрямительной системы

Фхх, Щхх — приборы электронной системы

Нхх — самопишущие приборы

Частотомеры радиодиапазона маркируются по ГОСТ 15094:

Ч2-хх — резонансные частотомеры

Ч3-хх, РЧ3-хх — Электронно-счетные частотомеры

Ч4-хх — гетеродинные, конденсаторные и мостовые частотомеры

2.4.1 Электроизмерительные частотомеры

Аналоговые стрелочные частотомеры

Аналоговые частотомеры по применяемому измерительному механизму

бывают электромагнитной, электродинамической и магнитоэлектрической

систем. В основе работы их лежит использование частотозависимой цепи,

модуль полного сопротивления которой зависит от частоты. Измерительным

механизмом, как правило, является логометр, на одно плечо которого

подается измеряемый сигнал через частотонезависимую цепь, а на другое —

через частотозависимую, ротор логометра со стрелкой в результате

взаимодействия магнитных потоков устанавливается в положение, зависящее

от соотношений токов в обмотках. Бывают аналоговые частотомеры

работающие по другим принципам.

Назначение: контроль сети электропитания.

Вибрационные (язычковые) частотомеры

Представляет собой прибор с подвижной частью в виде набора упругих

Элементов (пластинок, язычков), приводимых в резонансные колебания при

воздействии переменного магнитного или электрического поля.

Назначение: контроль сети электропитания.

2.4.2 Радиоизмерительные частотомеры

Резонансные частотомеры

Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты

входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого

резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный

контур, отрезок волновода (объемный резонатор) или четвертьволновой

отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на

резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное

устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых

частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по

максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает

частоту.

Назначение: настройка, обслуживание, контроль работы приемопередающих

устройств, измерение несущей частоты модулированных сигналов.

Электронно-счетные частотомеры

Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на

подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из

периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал

времени. Интервал времени измерения также задается методом подсчета

импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из

внешнего источника (например стандарта частоты). Таким образом ЭСЧ

является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от

точности эталонной частоты.

ЭСЧ является наиболее распространенным видом частотомеров благодаря

своей универсальности, широкому диапазону частот (от долей герца до

десятков мегагерц) и высокой точности. Для повышения диапазона до сотен

мегагерц — десятков гигагерц используются дополнительные блоки —

делители частоты и переносчики частоты.

Большинство ЭСЧ кроме частоты позволяют измерять период следования

импульсов, интервалы времени между импульсами, отношения двух частот, а

также могут использоваться в качестве счетчиков количества импульсов.

Некоторые ЭСЧ (например Ч3-64) сочетают в себе электронно-счетный и

гетеродинный методы измерения. Это не только повышает диапазон

измерения, но и позволяет определять несущую частоту импульсно-

модулированных сигналов, что простым методом счета недоступно.

Назначение: обслуживание, регулировка и диагностика радиоэлектронного

оборудования различного назначения, контроль работы радиосистем и

технологических процессов.

Рисунок 4 – Электронно-счетный частотомер

Гетеродинные частотомеры

Принцип действия гетеродинных частотомеров основан на сравнении

частоты входного сигнала с частотой перестраиваемого вспомогательного

генератора (гетеродина) с помощью т. н. метода нулевых биений, порядок

работы аналогичен работе с резонансными частотомерами.

Назначение: аналогично резонансным частотомерам.

Конденсаторные частотомеры

Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения

частот в диапазоне от 10Гц до 1МГц. Принцип таких частотомеров

основывается на попеременном заряде конденсаторов от батареи с

последующим его разрядом через магнитоэлектрический механизм. Этот

процесс осуществляется с частотой, равной измеряемой частоте, поскольку

переключение производится под воздействием самого исследуемого

напряжения. За время одного цикла через магнитоэлектрический механизм

будет протекать заряд Q =CU, следовательно, средний ток, протекающий

через индикатор, будет равен I_ср=Qf_x=CUf_x. Таким образом, показания

магнитоэлектрического амперметра оказывается пропорциональны

измеряемой частоте. Основная приведенная погрешность таких частотомеров

лежит в пределах 2-3%.

Назначение: настройка и обслуживание низкочастотной аппаратуры.

2.4.3 Технические характеристики цифрового частотомера

Таблица 1- Основные технические характеристики цифрового частотомера

ATTEN F2700-C

Дисплей 8-разрядный

Диапазон частот 10Гц ~ 2700МГц

Входной импеданс 1МОм - 1й канал

50Ом - 2й канал

Питание 220В±10% 50~60Гц

Габариты (Ш × В × Г), мм 230 × 210 × 76

Вес, кг 1,8

1-ый канал

Диапазон частот 10Гц ~ 8МГц: 75мВ

8МГц ~ 10Мгц: 30мВ

10МГц ~ 80МГц: 30мВ

80МГц ~ 100МГц: 30мВ

2-ый канал

Диапазон частот 100МГц ~ 2400МГц: 30мВ

2400МГц ~ 2700МГц: 75мВ

Цифровой частотомер Atten F2700-C измеряет:

• синусоидальный сигнал от 10 Гц и амплитудой от 50 мВ.

• П-образный сигнал от 10 Гц и амплитудой от 20 мВ, частотой

выше 5 МГц от 30 мВ

• пилообразный сигнал от 10 Гц и амплитудой от 60 мВ.

Таблица 2 – Основные технические характеристики цифрового частотомера

MASTECH MS6100

Измерение частоты

Канал Диапазон Разрешение Точность

A 10MГц

10Гц…10MГц

1,10,100Гц

выбираемое ±1 счет

± 1х10^5x частота

(месяц)

±1 счет 1х10^5x

частота (минута)

100MГц

10MГц…100MГц

10, 100, 1000ГЦ

выбираемое

B 1300MГц

100MГц…1300MГц

100Гц, 1kГц,

10kГц

выбираемое

Измерение периода

A (только)

0.1S…0.1mkS

(10Гц…10MГц)

0.0 mkS, 0.00mkS

0.000mkS

выбираемое

±1 счет

± 1х10^5x частота

(месяц)

±1 счет 1х10^5x

частота (минута)

Измерение суммы

A (только) 10Гц…10MГц 1 входной счет

Прибор был разработан в соответствии с требованиями по безопасности

IEC1010 -1. Этот частотомер уступает ATTEN F2700-C по максимальной

измеряемой частоте 1.3 ГГц против 2.7 ГГц, а также чувствительностью, а

именно:

• синусоидальный сигнал от 10 Гц и амплитудой от 500мВ.

• П-образный сигнал от 10 Гц и амплитудой от 100 мВ при 5 МГц

амплитудой от 300 мВ.

• пилообразный сигнал от 10 Гц и амплитудой от 330 мВ.

2.5 Процедура проведения поверки

Нормируемые параметры и метрологические характеристики,

контролируемые при поверке

При поверке электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) контролируются

следующие метрологические характеристики:

1) диапазон измеряемых частот;

2) диапазон измеряемых периодов;

3) основная относительная погрешность измерения частоты определяемая из

выражения:

, (1)

где F 06 40 – относительная погрешность по частоте опорного кварцевого

генератора;

ТИ – время измерения;

FХ – измеряемая частота.

4) основная относительная погрешность измерения периода определяется из

выражения:

, (2)

где Т0 – период следования счетных импульсов;

ТX – измеряемый период;

n – коэффициент умножения сигнала опорного генератора;

m – число усредняемых периодов.

Первая и вторая метрологические характеристики определяются в операции

поверки «Опробование». Если ЭСЧ находился в ремонте, то необходимо

также проверить его работоспособность при минимальных входных

напряжениях гармонических и импульсных сигналов.

При определении погрешностей δF и δT проверяют отдельно:

1) относительную погрешность по частоте опорного кварцевого генератора

(δ0);

2) составляющие погрешности измерения частоты и периода из-за

дискретности (вторые слагаемые в формулах (1) и (2)).

При поверке ЭСЧ применяются следующие эталонные и вспомогательные

средства поверки:

1. Приемники эталонных частот.

2. Рубидиевые стандарты частоты с номинальными значениями

частот 100 кГц, 1 и 5 МГц с относительной нестабильностью

порядка 10-11.

3. Кварцевые генераторы с теми же значениями номинальных

частот и относительной нестабильностью порядка 10-8.

Стандарты частоты и кварцевые генераторы являются мерами образцовой

частоты и если есть возможность и необходимость, то точность этих мер

контролируется с помощью приемников эталонных частот.

4. Синтезаторы частоты, перекрывающие диапазон частот 0,01 Гц

– 50 МГц.

5. Умножители частоты.

6. Компараторы частоты.

7. Генераторы универсальные, вольтметры переменного

напряжения и осциллографы.

При проведении поверки частотомеров применяют поверочные установки

ГОСТ 8.422-81.

Проверка диапазонов измеряемых частот и периодов

Поверка диапазонов измеряемых частот и периодов проводится по схеме

приведенной на рисунке 4 методом прямых измерений частоты (периода)

задаваемых измерительными генераторами (ИГ) соответствующих

диапазонов и видов.

Рисунок 5 – Поверка диапазонов частот (периодов) методом прямых

измерений

Измерения проводятся на крайних точках диапазона частот fн (Tн) и fв (Tв) и

на 5 – 6 точках внутри диапазона.

При необходимости проверки минимальных значений входных напряжений к

выходу генератора подключают вольтметр, с помощью которого и

устанавливают минимальное значение напряжения входного сигнала. При

этом на ЭСЧ должны наблюдаться устойчивые показания.

2.6 Выводы

В данном разделе изучены такие вопросы теории как: принципы действия

частотомеров, метрологические характеристики; виды частотомеров,

особенности и технические характеристики. Данные теоретические знания

необходимо закрепить практически. Рассмотрим в следующем разделе

расчетные задания, определим метрологические характеристики контрольно-

измерительного прибора частотомера.

3. Расчетное задание

3.1 Обработка результатов однократных измерений: определение класса

точности СИ.

Задание: дан частотомер, имеющий предел измерения 2200 Гц, при

измерении частоты 1100 Гц с погрешностью не более 5 %. Определить класс

точности.

Решение: для определения класса точности прибора необходимо рассчитать

приведенную погрешность, для чего нужно определить основную

абсолютную погрешность.

Основная относительная погрешность данного измерения:

Откуда

Приведенная погрешность:

Ответ: требуемую точность может обеспечить СИ класса точности 2,5.

3.2 Выбор средств измерений по точности

Задание: при поверке частотомера с пределом измерений 2200 Гц в точках

220, 440, 660, 880, 1100 Гц получили соответственно следующие показания

образцового прибора: 219,4, 440,3, 660,5, 879,8, 1099,95. Определить класс

точности частотомера.

Решение: определим наибольшую проявленную абсолютную погрешность:

Рассчитаем приведенную погрешность частотомера:

Ответ: поверяемый прибор может быть отнесен к классу точности 0,1.

3.3 Выбор средств измерений по точности

Задание: при измерении частоты частотомером со шкалой 0 до 2200 Гц с

погрешностью не более 2,2 %. Определить рабочий участок.

Решение: рассчитаем относительную погрешность:

Откуда

Приведенная погрешность:

Ответ: так как относительная погрешность в пределах рабочего участка

шкалы SI превышает приведенную погрешность в 1,1 раз (по правилу она не

должна превышать более чем в 3 раза), то при односторонней равномерной

шкале с нулевой отметкой в ее начале рабочий участок занимается последние

две трети длины шкалы. Рабочий участок должен быть в пределах 730-2200

Гц.

3.4 Обработка результатов однократных измерений

Задание: если при измерении цифровым частотомером получили значение

1100,4 Гц, а погрешность составила ±1,59Гц. Определить: согласно правилам

округления результат измерения.

Решение: любой результат расчета или измерения округляется в соответствии

с его погрешностью, одновременно с округлением результата должна

оцениваться и его погрешность. Погрешность измерения указывается двумя

значащими цифрами, если первая из 1 или 2, и одной, если первая есть 3 и

более. В данном примере погрешность округляется до ±1,6 Гц, тогда значение

округляется до 1100 Гц.

Ответ: результат измерения представлен в виде: (1100±1,6) Гц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Задача выполняемой работы – ознакомиться со средствами измерения, их

метрологическими характеристиками, порядком проведения поверки и

калибровки средств измерения на примере контрольно-измерительного

прибора – частотомера, произвести расчет технического задания, выполнена

полностью.

В результате данной работы изучены вопросы теории, такие как: виды

средств измерений, их классификация; метрологические характеристики;

поверка и калибровка измерительных приборов; устройство прибора

частотомер, его метрологические характеристики; виды частотомеров, их

особенности и технические характеристики. В расчетной части данной

работы приведены расчетные формулы для погрешностей: относительная

погрешность , приведенная погрешность .

На основании полученных теоретических и практических знаний можно

говорить о возможности дальнейшего использования частотомера в

практических целях.

Работа выполнена в соответствии с целями и задачами.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Тартаковский Д.Д., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и

технические средства измерений. Учебник для вузов. М: Высш. Шк.,

2001. – 205с.

2. Справочник по электроизмерительным приборам; Под ред. К. К.

Илюнина — Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 227 с.

3. Справочник по радиоизмерительным приборам: В 3-х т.; Под ред. В.

С. Насонова — М.: Сов. радио, 1979. – 150 с.

4. ГОСТ 8.422-81. ГСИ. Частотомеры. Методы и средства поверки. М:

Издательство стандартов, 1982. – 7с.

5. ГОСТ 8.567-99 ГСИ. Измерения времени и частоты. Термины и

определения

6. ГОСТ 7590-93 Приборы аналоговые показывающие

электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части

к ним. Часть 4. Особые требования к частотомерам

7. ГОСТ 7590-78 Приборы электроизмерительные для измерения

частоты аналоговые показывающие. Общие технические условия

8. ГОСТ 22335-85 Частотомеры электронно-счетные. Технические

требования, методы испытаний

9. ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных

величин. Общие технические условия ГОСТ 12692-67 Измерители

частоты резонансные. Методы и средства поверки

10.ГОСТ 11-272.000-80 Частотомеры резонансные. Основные

параметры

11.Технические характеристики // основные виды // частотомеры.

URL: www. http://dic.academic.ru/

комментарии (0)
не были сделаны комментарии
Напиши ваш первый комментарий
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ