Как найти абсолютную погрешность измерения амперметра

Ни один прибор в мире не является точным. Величина, которую он измеряет, всегда будет отличаться от истины на ту величину, которую еще называют его погрешностью. Данная погрешность и будет определять класс точности амперметра. Задачей всех производителей измерительной техники, заключается в том, чтобы эта погрешность была, как можно ниже и стремилась к нулю.

Погрешность амперметра устанавливается в результате поверки и сравнении показаний замеров одних и тех же величин с эталонным или образцовым прибором, имеющий более высокий класс точности. При этом значение, полученное на образцовом приборе, считаются действительными.

Что такое амперметр и какие величины он измеряет

Амперметр — измерительный прибор, который служит для измерения силы тока [І] в электроцепях. Единицей [І] по системе СИ является ампер [А]. Электрические цепи могут проводить ток разной силы, поэтому градуируют приборную шкалу амперметра с различной градацией от микроампера равного 1 мкА = 1×0^-6 ампер до килоампера равного: 1 кА = 1 000 ампер.

Важно! В электроцепь амперметр включают последовательно, а для повышения границы измерений, используют специальные устройства: трансформаторы, шунты м магнитные усилители.

Поскольку ток в цепи напрямую зависит от величины сопротивления [R] элементов электроцепи, то собственное сопротивление прибора [Rа] должно быть предельно низким, стремится к нулю. Это приведет к уменьшению влияния устройства в процессе замеров тока в цепи, тем самым будет повышена точность измерения.

Разновидности амперметров

Они могут быть электромеханическими или аналоговыми, цифровыми или электронными. Базовый набор, как правило, состоит из детектора, передающего устройства и индикатора, самописца или запоминающего устройства.

Аналоговые устройства — самые старые из используемых инструментов. Хотя они надежны для статических и стабильных измерений, они не подходят для динамических и переходных условий. Кроме того, они довольно громоздкие и имеют ограничения из-за использования стрелочной индикации.

Электронные инструменты реагируют быстрее и способны мгновенно обнаруживать динамические изменения тока в сети. Примером является цифровой мультиметр, который способен измерить значения тока в динамическом или переходном режиме за секунды.

Виды погрешностей амперметра

Чтобы понять размер погрешности в измерениях, нужно сравнить полученные результаты с эталонными.

В метрологии используют для всех электротехнических измерителей, как для амперметров, так и для вольтметров, несколько видов погрешностей: абсолютную, относительную и приведенную.

Абсолютная погрешность амперметра — это разность Δ между результатом измерения, полученного на шкале прибора (Xи) и действительным значением силы тока в цепи (Xд). Абсолютная погрешность амперметра описывается простой формулой и выражается в единицах тока А.

Δх = Xд−Xи, А

где:

• Δх — дельта Х
• Xд — действительное показание силы тока, принимаемой по образцовому прибору;
• Xи — измеренное значение на шкале прибора.

Относительная погрешность (δ) — отношение абсолютной погрешности амперметра Δх к действительному показанию силы тока, принимаемому по образцовому прибору. Оно может быть указано как в процентах, тогда частное умножается на 100, либо выражаться в относительных единицах.

δ = (Δх : Xд)×100, %

Приведенная погрешность — это значение приведенное к диапазону измерения амперметра, приравненного к его шкале. Его получают в виде частного от абсолютной погрешности Δх и нормируемого значения (Xн), в значениях соответствующим абсолютной погрешности Δх умноженной на 100 %:

δпр = (Δх : Xн)×100, %

Класс точности

Это основная характеристика амперметра, которая согласно еще советскому действующему ГОСТ 1845-59, определяет границы возможных погрешностей.

Для всех электроизмерительных приборов, к которым он относится, класс точности (Кл) обозначается в числовом виде по значению, соответствующему предельной допустимой приведенной погрешности δпр, в %.

Все электрические амперметры подразделяются по точности на 8 классов, а затем по группам, которые является важным признаком их классификации:

• Образцовые: 0.05–0.1–0.2;
• лабораторные: 0.5–0.1;
• технические: 1.5–2.0–4.0.

Обратить внимание! Все приборы, у которых погрешность превышает 4%, являются внеклассными.

Образцовые применяют в электроизмерительных процессах для определения класса точности технических и лабораторных амперметров. Лабораторные применяются в научно-технических процессах при электротехнических исследованиях контроля ведения режимов, например на котельных, ГЭС, ТЭЦ и АЭС.

Важно! На панели амперметра класс точности указывается в кружках, квадратах и звездочках. Если он имеет неравномерную шкалу измерения, Кл обозначается ломаной линией.

Как определить класс точности

Согласно действующих государственных норм, производители амперметров обязаны гарантировать его относительную погрешность измерения, полученную по классу точности, указанной на измерительной панели и в паспорте на прибор. Кроме того, все измерительные приборы должны проходить периодическую поверку в метрологических центрах, на соответствие заводскому классу точности. Если такую аттестацию он не проходит, то не может использоваться в измерительных процессах.

Зная абсолютную погрешность и показание силы тока на шкале, можно просто получить реальную силу тока, действующую в цепи. При этом шкала для применения абсолютной погрешности считается равномерной.

Важно! При выборе шкалы стрелочного амперметра, нужно чтобы рабочее значение тока находилось, примерно, в 2/3 диапазона шкалы. Если стрелка будет находиться практически на 0 или на максимальном показатели шкалы, то относительная погрешность будет очень высокой, то есть доверять таким показаниям не рекомендуется.

Пример нахождения показания амперметра по приведенной погрешности

Для примера рассматривается аналоговый измеритель со шкалой до 25 А.

На шкале имеется обозначение класса точности 2.5, кружок или квадрат отсутствует, поэтому эта погрешность приведенная.

Y=Dх/Xп×100=+/- p

При Хп= 25А и значении p = 2.5 можно рассчитать абсолютную погрешность:

Δх =25/100×2.5=0.625 A

Если пользователь обнаружит на панели класс точности заключенный в квадрат, то погрешность нужно будет определять в процентном выражении от измеренного значения.

При показаниях по шкале Iи = 10 А, погрешность прибора не должна превышать

Δх =10×2.5/100=0.25

При показаниях по шкале Iи=2 А погрешность будет иной:

Δх =2×2.5/100=0.05

При показаниях по шкале Iи=25 А погрешность будет максимальной:

Δх =25×2.5/100=0.625

Вот почему важно, чтобы аналоговый прибор работал при измерениях в 2/3 рабочей шкалы.

Пример нахождения показания амперметра по относительной погрешности

Для того чтобы узнать погрешность для амперметра, имеющего класс точности 0.05/0.02, шкалу измерения 0…25 А. Δх определяют по измеряемому показанию на шкале 10А.

Поскольку класс точности задан как c/d, то расчет будет выполняться по формуле:

δ пр =+/-(с+d(xk/(x-1)))

Где:

• xk=25 А;
• х=10 А;
• с=0.05;
• d=0.02.

δ пр =100 Δх / xN

Нормирующее значение xN=xk=25 A,

δ пр =+/-(0.05+0.02(25/(10-1)))=0.105

Δх = δ пр×xN/100=0.105×25/100=0.026 A

Выбор амперметра по метрологическим характеристикам

Наиболее частым источником ошибки при измерении тока считается то, что амперметр имеет ненулевое входное сопротивление. Напряжение, возникающее на измерителе, приводит к снижению напряжения на тестируемом устройстве. Если уменьшение будет значительным, это приведет к значительно меньшему протеканию тока. Другими словами, измеритель не показывает ток, который фактически протекает в сети.

Для того чтобы максимально нивелировать эту погрешность, применяют два основных типа архитектуры измерения: шунтирующие амперметры и с обратной связью.

Погрешность, вызванная шунтирующим измерителем, определяемая в виде частного напряжения амперметра, деленная на выходное сопротивление.

Амперметры с обратной связью ближе к «идеальным». Он вырабатывает напряжение на пути обратной связи операционного усилителя с высоким коэффициентом усиления. Это напряжение также пропорционально измеряемому току, но не появляется на входе прибора. В результате чувствительные измерители с обратной связью, такие как электрометры и пикоамперметры, имеют нагрузку по напряжению, обычно ограниченную до 200 мкВ.

Для промышленных измерений наиболее часто применяются амперметры аналогового панельного типа. При их выборе следует учитывать такие моменты:

1. Выбор типа. При измерении І постоянного, следует выбрать измеритель постоянного тока, то есть с магнитоэлектрическим измерительным механизмом. При измерении переменного тока нужно обратить внимание на форму волны и частоту. Если это синусоида, то измеряют только эффективное значение, с последующим преобразованием в максимальное или среднее значение.
2. Класс точности. Чем более высокий класс точности измерителя, тем выше его цена, тем сложнее у него ремонт и метрологическая аттестация. Поэтому для выполнения большинства инженерных измерений достаточно класса точности 1.5, не стоит применять образцовые или лабораторные приборы.
3. Выбор шкалы. Чтобы в полной мере использовать возможности амперметра по классу точности, измеряемый показатель должен быть в интервале 1/2 ~ 2/3 максимальной шкалы.

Важно! Внутреннее сопротивление — определяющая величина при выборе измерителя. Ее следует принимать в соответствии с величиной измеряемого импеданса, иначе это приведет к большим ошибкам измерения. Поскольку внутреннее сопротивление отражает энергопотребление самого измерителя, при измерении тока прибор с внутренним сопротивлением следует выбирать, как можно меньшим.

Видео по теме

Одной
из основных характеристик прибора
является степень точности, с которой
можно производить измерения при помощи
этого прибора. По степени точности
электроизмерительные приборы делятся
на несколько классов точности. Класс
точности определяется в зависимости
от предела допустимой погрешности
прибора, вызванной особенностями его
устройства.

Абсолютной
погрешностью прибора А
называют разность между показанием
прибора А_п и действительным
значением А_д измеряемой величины:

А = А_п – А_д .

Относительной
приведенной погрешностью прибора Е
называют выраженное в процентах отношение
абсолютной погрешности прибора к пределу
измерения А_к, который соответствует
положению на конечной отметке шкалы
прибора в соответствии с выбранным
пределом измерения:

Класс точности прибора (К) определяется
наибольшей допустимой приведенной
погрешностью прибора.

Класс точности определяет абсолютную
приборную погрешность _пр
в процентах от наибольшего значения
величины, которое может быть измерено
прибором при данном пределе измерения:

Н

апример,
амперметр (рис. 2), имеющий
класс точности К=1,5 (на рисунке выделен
цифрой 1) установлен на предел измерения
I_k=5А
(выделен цифрой 2). Значит, абсолютная
погрешность при измерении силы тока на
этом пределе измерения будет составлять
1,5% от 5Ампер, т.е.

Рис. 2.

1.3. Общие правила выполнения измерений в электрических цепях

При
подготовке прибора и выполнении измерений
необходимо придерживаться следующей
последовательности действий:

1. Выбрать электроизмерительный прибор
   с учетом измеряемой величины, требуемых
   условий измерения и степени точности.

2. Установить переключатели прибора на
   вид измеряемой величины, постоянный
   или переменный ток в измеряемой цепи
   и нужный предел измерения (если порядок
   измеряемой величины не известен, прибор
   первоначально устанавливают на
   максимальный предел измерения).

3. Расположить прибор в требуемом правилами
   эксплуатации направлении (вертикально,
   горизонтально) и, если необходимо,
   установить стрелку на нулевую отметку
   шкалы при помощи винта корректора.

4. Включить прибор в цепь согласно схеме
   измерения. (При наличии перегрузки
   прибора, когда стрелка упирается в
   ограничитель шкалы справа, «зашкаливает»,
   цепь следует отключить от источника
   тока, и увеличить предел измерения
   прибора).

5. Определить цену деления шкалы при
   выбранном пределе измерения.

6. Отсчитать число делений шкалы, на
   которое отклонилась стрелка, и получить
   результат измерения с учетом цены
   деления шкалы.

7. Вычислить абсолютную погрешность
   измерения, используя класс точности
   прибора.

8. По окончании работы отсоединить прибор
   от других элементов цепи.

Помните!
Включать электроизмерительный прибор
в электрическую цепь и отключать его
из цепи можно только при выключенном
источнике тока!

1.4. Способы измерения основных электрических величин

Силу
тока измеряют с помощью амперметра.
Его включают в цепь последовательно с
тем участком, где необходимо произвести
измерения (рис.3). Амперметр обладает
малым электрическим сопротивлением,
поэтому он не изменяет заметно силу
тока в цепи. Одним и тем же амперметром,
если к нему подключить шунт (рис.4), можно
измерять силу тока в различных пределах.
Шунт – это проводник, имеющий, как
правило, очень малое сопротивление.
Шунты могут быть встроены внутрь корпуса
амперметра, у таких приборов на корпусе
установлен переключатель пределов
измерения.

Рис. 3.
Рис. 4.

Напряжение измеряют с помощью
вольтметра. Его включают параллельно
тому участку цепи, на котором измеряют
напряжение (рис.5). Вольтметр заметно не
изменяет напряжение в цепи, так как его
сопротивление обычно очень велико. Для
расширения пределов измерения вольтметром
применяют добавочные резисторы (рис.6).
Добавочный резистор представляет собой
проводник, имеющий значительное
сопротивление. Добавочные резисторы
могут быть помещены внутри корпуса
прибора, у таких вольтметров на корпусе
имеется переключатель пределов измерения.

Рис. 5.
Рис. 6.

Электрическое сопротивление может
быть измерено косвенно с помощью
амперметра и вольтметра. Согласно закону
Ома для участка цепи R=U/I. Для непосредственного
измерения электрического сопротивления
применяют омметры. В качестве измерительного
прибора в омметре используют миллиамперметр
магнитоэлектрической системы с автономным
источником тока. При подключении к
зажимам проводника, сопротивление
которого нужно измерить, ток в цепи
определяется по формуле:

где I – ток в цепи, U – фиксированное
напряжение автономного источника, R_п
– сопротивление прибора, R_x
– измеряемое сопротивление.

Из
приведенной формулы видно, что о значении
измеряемого сопротивления можно судить
по силе тока, показываемой амперметром.
Поэтому нулевая отметка шкалы омметра
находится справа: ведь при наименьшем
сопротивлении сила тока в цепи будет
наибольшей (рис. 7а).

Р

ис.
7а.

Д
ля
измерения сопротивления шкалу амперметра
градуируют непосредственно в омах.
Омметр включают параллельно тому участку
цепи, сопротивление которого нужно
измерить (рис. 7б). Измерение сопротивления
участков цепи производиться только при
отключенном токе.

Рис. 7б.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Задача 1

Для
определения мощности в цепи постоянного тока были измерены напряжение сети U вольтметром класса точности N_B
с пределом измерений U_m, ток I амперметром класса точности N_a
с пределом измерений I_m. Определить
мощность, потребляемую приёмником, а также относительную и абсолютную
погрешности её определения.

Дано:

Найти:

Решение:

1)  Найдем
мощность, потребляемую приемником

2)  Класс
точности определяет приведенную погрешность

3)  Найдем
абсолютную погрешность измерения тока и напряжения

,

.

4)  Найдем
абсолютную погрешность измерения мощности при косвенном измерении

5)  Найдем
относительную погрешность измерения мощности

6)  Доверительный
интервал результата измерения с вероятностью .

Задача 2

Проведено пять
независимых наблюдений одного и того же напряжения U.
Найти результат измерения и доверительную вероятность того, что абсолютная
погрешность измерения не превышает по модулю DU. Систематической погрешностью можно пренебречь.

Дано:

Найти:

Решение:

1)  Определим
среднее арифметическое результатов измерения

2)  Определяем
среднее квадратичное результатов измерения

3)  Для
определения интервала и вероятности пользуются распределением Стьюдента, где
доверительный интервал равняется     , где

– коэффициент Стьюдента,

 – среднее квадратичное отклонение
результата измерения.

4)  Находим
доверительный интервал

5)  Результат
измерения

Задача 3

Обмотка
магнитоэлектрического измерительного механизма имеет сопротивление R_O  и рассчитана на предельный длительный ток I_O, при котором подвижная часть получает
наибольшее отклонение. Каким образом на базе указанного измерительного
механизма сделать амперметр с пределом измерений I_m
и вольтметр с пределом измерений U_m?

Дано:

Найти: ,

Решение:

1)  Расчет
измерительной цепи амперметра

1.1 
Определяем коэффициент расширения пределов измерения по току

1.2     Определяем сопротивление
шунта

1.3 
 Схема измерительной цепи

2)  Расчет
цепи вольтметра

2.1 Определяем коэффициент
расширения пределов измерения по напряжению

2.2  Определяем добавочное
сопротивление

2.3 
Схема включения

Задача 4

Определить
цену деления измерительных приборов:

1) амперметра, имеющего на шкале n_a делений и предел измерения I_m;

2)вольтметра, имеющего n_в делений шкалы и предел измерения U_m;

3) ваттметра, имеющего n_ВТ делений шкалы и пределы измерений по току I_{m ВТ} и напряжению U_m
ВТ.

Дано:

Найти:

Решение:

1) Цена деления
амперметра

2) Цена деления
вольтметра

3) Цена
деления ваттметра

Задача 5

У вольтметра и
амперметра с пределами измерений U_m и I_m, включенных соответственно через измерительные
трансформаторы напряжения 6000/100 и тока 600/5, отчёт по шкале составил U₂ и I₂.
Определить напряжение и ток в сети, а также предел допускаемой абсолютной и
относительной погрешностей измерения, если известны класс точности приборов N_a и N_в и
измерительных трансформаторов N_тн и N_тт. Привести схему измерения.

Дано:

Найти:

Решение:

1) Определим
коэффициенты трансформации трансформатора напряжения и тока

2) Определим
ток и напряжение в сети

3) Определим
абсолютные погрешности амперметра и вольтметра

4) Определяем
абсолютные погрешности коэффициентов трансформации трансформатора тока и
напряжения

5) Результирующие
абсолютные погрешности измерения тока и напряжения равны

6)
Относительные погрешности измерения тока и напряжения

Задача 6

Определить
относительные погрешности измерения сопротивления R_x
в цепи постоянного тока с помощью амперметра и вольтметра при подключении их
двумя возможными способами. Сопротивление амперметра – R_a,
вольтметра – R_в. Сделать вывод о
целесообразности использования той или иной схемы.

Дано:

Найти: .

Решение:

Принципиальные
схемы

 

Схема
1                                              Схема 2

1)  Для
схемы включения 1.

1.1. 
Измеренное сопротивление.

1.2. 
Определяем абсолютную погрешность.

1.3. 
Определяем относительную погрешность.

Как определить абсолютную погрешность

Чтобы определить класс точности прибора или точность своих собственных измерений, иногда бывает необходимо определить абсолютную погрешность. Абсолютная погрешность – это число, на которое отличается ваш результат измерений от истинного значения.

Вам понадобится

• – прибор (весы, часы, линейка, вольтметр, амперметр и т.д.);
• – листок бумаги;
• – ручка;
• – калькулятор.

Инструкция

Осмотрите прибор, при помощи которого будете производить измерения. Если вы проводите измерения при помощи весов, посмотрите, стоит ли стрелка на нулевой отметке перед проведением эксперимента. Если вы измеряете временной промежуток, используйте часы с секундной стрелкой или электронный секундомер. Для измерения температуры возьмите электронный термометр, а не ртутный. Выберите прибор с максимальным количеством делений, чем больше делений, тем точнее будет результат.

Проведите несколько измерений, чем больше будет результатов, тем точнее будет вычислено истинное значение. Например, несколько раз измерьте длину стола или несколько раз снимите показания вольтметра. Убедитесь, что все измерения были произведены точно, и не сильно отличаются по величине, исключите грубые ошибки.

Если все результаты одинаковы, сделайте вывод о том, что абсолютная погрешность равна нулю или измерения проводятся слишком грубым прибором.

Если результаты отличаются, найдите среднее арифметическое от всех измерений: сложите все полученные результаты и разделите их на количество измерений. Таким образом, вы максимально приблизились к выяснению истинного значения, например, длины стола или напряжения в проводах.

Чтобы найти абсолютную погрешность, возьмите одно из значений, например, результат первого измерения, и вычтите его из среднего арифметического значения, посчитанного на предыдущем этапе.

Вычислите модуль абсолютной погрешности, то есть, если число получилось отрицательное, уберите «-» перед ним, поскольку абсолютная погрешность может быть только положительным числом.

Высчитайте абсолютную погрешность всех остальных измерений.

Запишите результаты вычислений. Абсолютная погрешность обозначается греческой буквой Δ (дельта) и записывается в таком виде: Δх = 0,5 см.

Полезный совет

Кроме абсолютной погрешности, часто требуется определить относительную погрешность. Для этого разделите абсолютную погрешность на результат измерения.

Источники:

• погрешность амперметра

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?