Как расширяется предел измерения счетчиков

Почему важно учитывать погрешность и прецизионность цифрового мультиметра

Важно, чтобы показания измерений мультиметра всегда были правильными. Еще более важно понимать, что они означают. Погрешность и прецизионность — это характеристики, которые определяют достоверность измерения. Высокая прецизионность обеспечивает лучшую повторяемость результатов, а низкая погрешность приближает показания измерения к истинному значению.

Расчет неопределенности результатов измерений | пример для люксметров «еЛайт»

• Автоматический расчёт неопределённости измерений в приборе еЛайт01.
• Оценка неопределёности в люксметре еЛайт-мини.
• Пример расчета неопределенности измерений «вручную».

В статье «Неопределенность измерений в метрологии | Отличие погрешности от неопределенности. Применение» мы рассказали о терминах «погрешность» и «неопределенность» измерений, истории их возникновения и взаимосвязи. Как уже говорилось в этой статье, сейчас, в связи с вступлением в ВТО и приведением российских нормативов в соответствие международным стандартам, требуется оценивать качество проведенных измерений не в привычных терминах «погрешности», а в какой-то, для большинства людей непонятной, «неопределенности».

В этой статье мы рассмотрим практический пример расчета неопределенности выполненных измерений на примере обычного люксметра-пульсметра еЛайт02.

Расчёт неопределённости измерений достаточно трудоёмкое занятие, даже если использовать калькулятор или формулы, забитые в электронные таблицы. Обычно, при работе с обычным прибором, пользователь вынужден вручную производить несколько измерений в каждой точке, из которых потом также вручную рассчитывает неопределенность измерений. Однако сейчас уже выпускаются измерительные приборы, в которых реализован встроенный калькулятор для расчёта неопределенности измерений. Например профессиональный прибор для измерения освещённости «еЛайт01» или совсем недорогой профессиональный цифровой люксметр «еЛайт-мини». Это стало возможным совсем недавно, благодаря использованию в таких приборах цифровой обработки сигнала, позволяющей обрабатывать тысячи промежуточных измерений и сопровождающих их факторов для получения итогового результата.

Автоматический расчёт неопределённости измерений в приборе еЛайт01.

На рисунке представлен результат автоматического расчёта неопределённостей измерений прибором «еЛайт01», а именно:

1. Максимальное значение измеренной освещённости,
2. Минимальное значение измеренной освещённости,
3. Среднее значение измеренной освещённости,
4. Неопределенность измерений освещённости по типу Б,
5. Неопределенность измерений освещённости по типу А,
6. Суммарная стандартная неопределённость измерения освещённости,
7. Расширенная неопределённость результата измерения освещённости,
8. Максимальное значение измеренного коэффициента пульсации,
9. Минимальное значение измеренного коэффициента пульсации,
10. Среднее значение измеренного коэффициента пульсации,
11. Неопределенность измерений коэффициента пульсации по типу Б,
12. Неопределенность измерений коэффициента пульсации по типу А,
13. Суммарная стандартная неопределённость измерения коэффициента пульсации,
14. Расширенная неопределённость результата измерения коэффициента пульсации

Оценка неопределёности в люксметре еЛайт-мини.

В недорогом цифровом люксметре с поверкой «еЛайт-мини» оценка неопределённости выглядит попроще, чем в еЛайт01 но, тем не менее, предоставляет исчерпывающий результат:

Все перечисленные выше типы неопределённостей и способы их расчёта подробно описаны в статье «Понятие и типы неопределенностей. ГОСТ 34100.3-2017»

Пример расчета неопределенности измерений «вручную».

Для вычисления неопределенности результатов измерений необходимо выполнить многократные измерения величины.

Исходные данные:

• случайная погрешность;
• приборная погрешность;
• погрешность отсчета;
• влияние сторонних факторов (температура, питающее напряжение, сторонняя засветка или затенение фотодатчика);
• влияние присутствия человека.

Например, если при измерениях освещенности на рабочем месте использовать обычный прибор — люксметр-пульсметр «еЛайт02» (допускаемая основная относительная погрешность измерений освещенности – 8%), то придется провести несколько замеров. Например, пусть на указанном рабочем месте получены следующие 6 значений осещённости: 388, 377, 369, 369, 370, 372 лк.

Вычисление неопределенности.

1. Вычисляем среднее арифметическое значение освещенности из всех измерений в данной точке:

$ E=frac <1> sum_^n E_i qquad (1) $

$ E=frac <1> <6>(388 + 377 + 369 + 369 + 370 + 372) = frac <2245> <6>= 374 ,лк $

2. Для источников неопределенности случайного характера вычисляем неопределенность по типу А:

3. Для источников неопределенности систематического характера (приборная погрешность) вычисляем неопределенность по типу Б:

где ±ΔЕ – пределы допускаемой приборной погрешности,а качестве значения освещенности берем среднее значение освещенности 374 лк, вычисленное в п.1 , с учетом погрешности 8% прибора «еЛайт02».

4. Вычисляем суммарную стандартную неопределенность:

5. Для доверительной вероятности (вероятности охвата) P = 0.95 (рекомендуется в Руководстве по расчету неопределенности) задаем коэффициент охвата k = 2 и вычисляем расширенную неопределенность измерений:

$ u = ku_c qquad (5)$

$ u = 2 times 17.55 = 35.1,лк;(или frac <35.1> <374>= 9.4%) $

Результат расчета неопределенности измерений освещенности для люксметра «еЛайт02»:

Расширенная неопределенность результатов измерений освещенности прибором «еЛайт02» U(E) = 9.4%

Понравился материал? Поделитесь им в соцсетях:

Правила выставления режимов

Чтобы измерить показатель, необходимо настроить прибор – выставить диапазон, в котором предположительно находятся измеряемые параметры. Если это аппарат с ручным управлением, диапазон определяют сами. Для этого достаточно оценить напряжение источника питания, который используется для обслуживания схемы. Например, если система питается от батарейки на 9В, нет смысл ставить диапазон в 200В, так как он даст большую погрешность при измерении. Но также нельзя выставлять 2В., так как он попросту не сможет измерить показатели, если они выше. Устанавливают диапазон до 20В.

Автоматический мультиметр определяет диапазон самостоятельно и выдает на экран готовые данные.

Начнем с измерения постоянного напряжения: этот сектор разбит на пять поддиапазонов с пределами измерения:

1. 200мВ (милливольт);
2. 2000мВ (милливольт);
3. 20В (вольт);
4. 200В (вольт);
5. 1000В (вольт).

обозначающие максимальное значение поддиапазона, в пределах которого ведется измерение.

Измерительные щупы вставьте в соответствующие гнезда как на фото. Красный щуп принято называть «плюсовым», а черный, «общим» или «минусовым».

Рассмотрим пример с использованием пальчиковой батарейки.
Известно, что ее напряжение составляет 1.5 Вольта, и чтобы его измерить мы выбираем предел «20», что соответствует диапазону от 0 до 20 Вольт.

Берем измерительные щупы мультиметра, и касаемся ими «плюсового» и «минусового» контактов батарейки и на индикаторе высветилась величина напряжения равная 1.49 Вольта. Измерение закончено.

Как видите, все очень просто — главное правильно выбрать предел измерения.

Производим измерение напряжения неизвестной величины.

Бывают моменты, когда величина напряжения неизвестна даже приблизительно, и чтобы не сжечь мультиметр переключатель переводят в максимальный предел измерения «1000», что соответствует диапазону от 0 до 1000 Вольт. И затем, постепенно уменьшая диапазон, находят соответствующую величину измеряемого напряжения.

Например. Мы не знаем, какое напряжение у нашей батарейки и поэтому начнем с предела «1000». Берем измерительные щупы мультиметра, касаемся ими контактов батарейки и видим на индикаторе нули. Нули говорят о том, что напряжения нет или его величина слишком мала.

Идем дальше. Переводим переключатель в положение «200» и опять касаемся щупами контактов батарейки. Теперь на индикаторе появились показания напряжения, а этого уже практически достаточно, чтобы понять, что это 1.4 Вольта.

Однако у нас впереди стоит нолик, а он как раз говорит о том, что можно еще снизиться, и более точно измерить напряжение. Снижаемся до предела «20». На индикаторе отобразилось реальное напряжение нашей батарейки, а именно 1.49 Вольта.

Вот таким способом, не зная точного значения измеряемой величины тока, напряжения или сопротивления, находят его истинное или близкое к истинному значение.

Еще бывают моменты, когда на индикаторе мультиметра высвечивается единица (1). Это говорит о том, что измеряемое напряжение или ток выше того предела измерения, который установлен. В этом случае необходимо перейти на ступеньку выше. Старайтесь как можно реже допускать этого.

У нас остались не рассмотренными два поддиапазона: это 2000мВ (милливольт) и 200мВ, которые рассчитаны на измерение небольших напряжений. Как правило, на этих поддиапазонах работают тогда, когда настраивают режимы работы транзисторов или переходных каскадов в радиолюбительских схемах.

2000 мВ – соответствует диапазону от 0 до 2 Вольт;
200 мВ – соответствует диапазону от 0 до 200 мВ (милливольт).

Еще один нюанс, про который необходимо сказать, это когда при измерении постоянного напряжения или тока Вы не будете знать где «плюсовой» или «минусовой» контакты и случайно их перепутаете — страшного здесь ничего нет. Просто с левой стороны перед цифрами появится знак «минус».

Таким образом, можно определять полярность напряжения.

Пятое измерение

С этого момента появляются более высокие измерения. Они незаметны для нас, считают ученые, потому что они существуют на субатомном уровне. Эти размеры скручиваются сами по себе в процессе, известном как компактификация. Размеры здесь на самом деле имеют дело с возможностями.

В пятом измерении будет новый мир, который позволит нам увидеть сходства и различия между нашим миром и этим новым, существующим в том же положении и имеющим то же начало, что и наша планета, т. е. в результате Большого взрыва.

Первым делом необходимо правильно подключить измерительные провода к самому устройству. На данном этапе могут возникнуть вопросы. Это происходит из за того, что на панели подключения есть четыре отверстия (хотя встречается и три). Рассмотрим их подробнее слева-направо:

• «Минус» — сюда одинарный конец измерительного провода
• «Rx» — сюда второй конец двойного провода
• Данное отверстие в описываемой модели мной не опознано. Однако в ЭС0210/2 сюда перебрасывается провод с Rx при измерениях на пределе 0-5 МОм (отверстие подписано 0,1Rx).
• «Э» — экран; сюда вставляется штырь двойного провода. А нужен он для устранения влияния тока утечки на измерения. Используется при измерении между фазами.

Подача напряжения осуществляется при нажатии кнопки «сеть». Провод питания подключается в нижней части прибора. Напряжение питания составляет 220В. Берем от розетки или, если она далеко, от удлинителя. Порой кроме компактного мегаомметра надо брать с собой на объект и удлинитель. Хотя, можно и одолжить у местных.

Перед началом измерений надо проверить исправность измерительных проводов, необходимо проверить их целостность. Для этого надо подключить провода и далее:

• При соединенных проводах сопротивление изоляции должно быть равно нулю
• При разведенных проводах значение Rx должно быть максимально возможным (говорим, бесконечность — сопротивление воздуха бесконечно, проводимость равна нулю)
• Если бесконечность при замкнутых, значит провод обломан и надо его заменить
• Если ноль при разведенных, значит либо они касаются, либо внутри прибора пробой или другая неисправность (не встречал такую ситуацию)

Лично я испытывал следующее оборудование мегаомметром: кабель (жилы, оболочка), турбогенератор (статор, ротор, подстуловая, патрубков), трансформатор, шины, электродвигатель, релейные цепи, трансформаторы тока и ТН.

Таблица пределов измерения мегаомметров ЭСО

Разные модели мегаомметров ЭСО отличаются:

• регулируемыми пределами измерений (разные шкалы для разных величин измеряемого сопротивления изоляции )
• подаваемым напряжением постоянного тока (100, 250, 500, 1000, 2500 В)
• а также способом подачи напряжения (либо просто нажатие кнопки, либо вращение ручки генератора со скоростью 120-144 об/мин, о чем говорит наличие буквы Г в названии модели, ну и ручки собственно).

Характеристики мегаомметров ЭС0210

Основными элементами прибора являются: генератор или трансформатор, преобразователь и электронный измеритель. Электронный измеритель в моделях ЭС0210/1(Г) и ЭС0210/3(Г) выполнен на двух логарифмических усилителях. А в моделях ЭС0210/2(Г) — на двух логарифмических усилителях и повторителе напряжения на операционном усилителе — но эта информация, скорее всего, мало кому пригодится.

Также стоит отметить, что при использовании прибора рекомендуется использовать прерывистый характер работы — одну минуту измерение, две минуты перерыв.

Класс точности прибора 2,5, относительная погрешность 15% от измерененного сопротивления изоляции. То есть намерили 100МОм, а на самом деле это будет сто плюс минус пятнадцать мегаомм. Но и это не точно, так как существуют и другие влияющие факторы — это подробно описано в руководстве мегаомметра по экспуатации…

Как не запутаться в шкалах стрелочного мегаомметра ЭС0210

При работе с данным прибором чаще всего путаются какие концы куда вставлять, а также не сразу ориентируются на какую шкалу смотреть. Но с опытом глаз наметывается и трудностей не возникает.

Шкалы подписаны справа римскими цифрами I и II. Также и на крутилке на фото снизу синей (аналогичный цвет как у шкал) видно, какой предел мы выбираем — первый, второй или второй умножить на десять.

У первой шкалы нуль справа, у второй и второй умножить на десять нули слева. Не путайте никогда. Нижняя черная шкала, как легко догадаться используется при измерении напряжения, и судя по надписи — как постоянного, так и переменного.

Возможно неопытного юнца испугает логарифмическая шкала, но бояться не стоит. Главное не торопиться и перепроверить несколько раз перед записью в протокол.

Например, первая шкала идет справа налево

К этому привыкаешь) На второй шкале максимум десять в четвертой — это 10 000 МОм или же 10 ГОм.

А на «второй умножить на десять» — 100 000 МОм или 100 ГОм.

Некоторые пишут, но никогда не говорят, не ЭСО, а ЭС0. Расшифровки на просторах интернета я не нашел, но кажется мне, что правильно писать букву о, а не ноль. Если вдруг знаете аргументированный ответ как правильно, отпишитесь на почту.

upd — внимательные посетители сайта отметили, что правильно всё же использовать ЭС0210 — и хоть в яндексе встречаются оба варианта, вариант с нулем люди чаще спрашивают. Хотя на моей прошлой работе все говорили эсо =)

Расчет мощности электроприбора по потребляемому току

Зная величину тока, можно определить потребляемую мощность любого потребителя электрической энергии, будь то лампочка в автомобиле или кондиционер в квартире. Достаточно воспользоваться простым законом физики, который установили одновременно два ученых физика, независимо друг от друга. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля – Ленца.

где P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В; I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А.

Рассмотрим, как посчитать потребляемую мощность на примере:
Вы измеряли ток потребления лампочки фары автомобиля, который составил 5 А, напряжение бортовой сети составляет 12 В. Значит, чтобы найти потребляемую мощность лампочкой нужно напряжение умножить на ток. P=12 В×5 А=60 Вт. Потребляемая лампочкой мощность составила 60 Вт.

Вам надо определить потребляемую мощность стиральной машины. Вы измеряли потребляемый ток, который составил 10 А, следовательно, мощность составит: 220 В×10 А=2,2 кВт. Как видите все очень просто.