Sprawdzanie przyrządów analogowych i cyfrowych

Transkrypt

1 AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA w KRAKOWIE WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI, INFORMATYKI i ELEKTRONIKI KATEDRA METROLOGII i ELEKTRONIKI LABORATORIUM METROLOGII analogowych i cyfrowych dr inż. Jacek Nalepa dr inż. Piotr Burnos Kraków, 2019

2 Spis treści 1. Wstęp analogowych cyfrowych

3 1. Wstęp Pomiary wykonywane w handlu, technice i nauce powinny być wiarygodne, czyli mieć odpowiednią dokładność. Dokładność pomiarów zależy głównie od dokładności stosowanych przyrządów pomiarowych, a więc od ich błędów. Poprawność wskazań nowego przyrządu gwarantuje jego producent, zaś przyrządu używanego jego użytkownik (właściciel). Jest obowiązkiem użytkownika przyrządu poddanie go okresowemu sprawdzaniu. Czynności te wykonywane są przez regionalne placówki Głównego Urzędu Miar, czyli Okręgowe lub Obwodowe Urzędy Miar. Istnieją też laboratoria przemysłowe i naukowe, zwane laboratoriami akredytowanymi, które maja prawo sprawdzania przyrządów. Wymienione placówki, na podstawie przeprowadzonych pomiarów błędów przyrządu i porównaniu ich z błędami deklarowanymi przez producenta lub stosowne normy, wystawiają przyrządowi świadectwo legalizacyjne lub tzw. cechę legalizacyjną, czym potwierdzają jego sprawność pomiarową. Prawnej kontroli metrologicznej podlegają przyrządy pomiarowe stosowane: 1) w ochronie zdrowia, życia i środowiska, 2) w ochronie bezpieczeństwa i porządku publicznego, 3) w ochronie praw konsumenta, 4) przy pobieraniu opłat, podatków oraz ustalaniu upustów, kar umownych, wynagrodzeń i odszkodowań, 5) przy dokonywaniu kontroli celnej, 6) w obrocie publicznym do rozliczeń towarów i usług. Prawnej kontroli metrologicznej podlega też każdy nowy typ przyrządu pomiarowego, gdy jego producent lub importer chce wprowadzić go na rynek (do handlu). Dla takiego przyrządu wykonywane są złożone pomiary i badania (nie tylko błędów podstawowych), w konsekwencji których zatwierdza się typ przyrządu i zezwala na wprowadzenie go do obrotu. Przykładami przyrządów pomiarowych wymagających legalizacji są: domowe liczniki do pomiarów zużycia: energii elektrycznej, gazu (gazomierze), wody (wodomierze) i ciepłej wody (ciepłomierze wody), wagi sklepowe i odważniki (wzorce masy), policyjne alkoholomierze i radary, analizatory gazów i mierniki drgań stosowane w kopalniach, prędkościomierze, tachografy i taksometry samochodowe, samochodowe analizatory spalin w stacjach diagnostycznych, odmierzacze paliw na stacjach paliwowych. Celem sprawdzenia przyrządu jest stwierdzenie, czy jego błędy podstawowe nie są większe od podanych przez producenta. Błędy wyznacza się przez porównanie jego wskazań ze wskazaniami przyrządu kontrolnego lub nastawami odpowiedniego kalibratora. Pomiary powinny być wykonane w warunkach odniesienia dla danego przyrządu. Metoda pomiarowa i kalibrator lub przyrządy pomiarowe kontrolne powinny być tak dobrane, aby pomiary zostały wykonane z odpowiednio dużą dokładności, co najmniej 3 razy większą niż dokładność badanego przyrządu. Układ pomiarowy 3

4 powinien mieć wystarczającą regulację nastawianych wielkości i gwarantować ich dużą stałość w czasie pomiarów. Zwykle jest wymagane wstępne nagrzewanie układu i przyrządów. 2. analogowych Pomiary błędów podstawowych analogowych mierników wskazówkowych wykonuje się na wszystkich zakresach pomiarowych, w punktach (kreskach) podziałki opisanych cyframi. Wskazówkę badanego przyrządu nastawia się dokładnie na ocyfrowaną kreskę podziałki i odczytuje wskazanie przyrządu kontrolnego. W celu wykrycia w łożyskach miernika histerezy tarcia, pomiar należy wykonać dwukrotnie, najpierw dla wzrastającej, a następnie malejącej wartości wielkości mierzonej. Dla bliższego zobrazowania warunków sprawdzania błędów podstawowych przyrządów poniżej w punktach przedstawiono takie warunki, które wymienia odpowiednia instrukcja GUM. a. Metoda pomiarowa i przyrządy pomiarowe stosowane do sprawdzania powinny być dobrane tak, aby niepewność rozszerzona pomiaru była co najmniej trzykrotnie mniejsza od błędu podstawowego miernika sprawdzanego. b. Rozdzielczość wskazań przyrządów pomiarowych stosowanych do sprawdzania powinna być co najmniej pięciokrotnie lepsza od rozdzielczości miernika sprawdzanego. c. Sprawdzania mierników dokonuje się w warunkach odniesienia, prądem i napięciem stałym lub sinusoidalnie przemiennym. Warunkami odniesienia są: temperatura otoczenia (23 1) o C wilgotność wzg. powietrza (40 60) % współczynnik tętnień prądu stałego 1% współczynnik zawartości harmonicznych 1% dla mierników nie mierzących wartości skutecznej i 5% dla pozostałych (True RMS) wahania częstotliwości wzg. wartości nominalnej 2 % zewnętrzne pola elektryczne i magnetyczne pomijalnie małe niestabilność źródeł zasilania (5 minutowa) 1/5 błędu podstawowego miernika czas wstępnego nagrzewania układu pomiarowego nie krócej niż 0,5 h d. Wyróżnia się następujące klasy ( kl ) dokładności mierników: 0,05 ; 0,1 ; 0,2 ; 0,3 ; 0,5 ; 1 ; 1,5 ; 2 ; 2,5 ; 3 i 5. e. Błędy podstawowe mierników wyznacza się wg wzorów: dla woltomierzy = [(U b U k )/U z ] 100% (1) dla amperomierzy = [(I b I k )/I z ] 100% (2) gdzie: U b, I b wartości wskazane przez mierniki sprawdzane, U z, I z zakresy pomiarowe przyrządów sprawdzanych, U k, I k wskazania przyrządu stosowanego do sprawdzania (kontrolnego), 4

5 f. Błędy podstawowe (wartość bezwzględna) sprawdzanych mierników w przypadku ich sprawności metrologicznej powinny spełniać warunek: kl, g. W wyniku stwierdzenia, że sprawdzany miernik odpowiada wymaganiom przepisów metrologicznych, wydaje się świadectwo uwierzytelnienia którego okres ważności wynosi 25 miesięcy. Dla sprawdzanych mierników sporządza się też wykres poprawek w funkcji wskazań. W danym punkcie pomiarowym poprawka p jest równa błędowi bezwzględnemu miernika ze znakiem przeciwnym (p = ). Poprawkę należy zaokrąglić do wartości rozdzielczości odczytu. Dla mierników analogowych laboratoryjnych rozdzielczość odczytu zwykle odpowiada 0,1 działki elementarnej. Wykres poprawek rysuje się linią łamaną łączącą punkty poprawek (por. rys.1). Rys. 1. Przykładowy wykres poprawek amperomierza 3. cyfrowych Zgodnie z instrukcją GUM wymagania co do dokładności pomiarów przy sprawdzaniu przyrządów cyfrowych prądu stałego są podobne jak dla przyrządów analogowych. Błędy podstawowe należy sprawdzać w warunkach odniesienia. Na przykład woltomierz sprawdza się na wszystkich podzakresach pomiarowych dla obydwu polaryzacji. Liczba punktów pomiarowych zależy od typu sprawdzanego woltomierza. Dobór punktów pomiarowych należy przeprowadzić w taki sposób aby w badaniu sprawdzić każdą dekadę miernika (odpowiada jej jedna cyfra wyświetlacza). Np. dla woltomierza z czteropozycyjnym wyświetlaczem, przy sprawdzaniu pięciu punktów dla każdej cyfry mogą być to punkty 0001, 0003, 0005, 0007, 0009, 0010, 0030, 0050, 0070, 0090, 0100, 0300,..., itd. Zaleca się także wytypowanie do sprawdzenia dodatkowych punktów leżących na granicy przejścia pomiędzy kolejnymi cyframi np a następnie 0010, 0099 a następnie 0100 itd. 5

6 6