Цель работы: изучение методов поверки средств измерений и освоение на практике процедур поверки измерительных приборов.
Задание:
1. Изучить теоретические материалы к лабораторной работе.
2. Выполнить поверку измерительного прибора методом непосред-ственного сличения.
3. Выполнить поверку измерительного прибора методом прямого измерения величины, воспроизводимой эталонной мерой.
4. Определить приведенную погрешность и вариацию показаний поверяемого измерительного прибора.
5. Сделать вывод о годности средства измерения.
6. Составить отчет по лабораторной работе.
Теоретические основы работы
Во всем мире ежедневно производятся миллиарды измерений. В интересах каждой страны и во взаимоотношениях между странами необходимо, чтобы результаты измерений, где бы они ни выполнялись, могли быть согласованы. Другими словами, необходимо, чтобы результаты измерений одинаковых величин, полученные в различных местах с помощью различных измерительных средств, были бы воспроизводимы на уровне требуемой точности. Во многом это обеспечивается единообразием средств измерений.
Единообразие средств измерений обеспечивается путем их периодической поверки (калибровки), которая осуществляется метрологическими службами предприятий и ведомств или государственной метрологической службой [7].
Поверкой средств измерений называют совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим нормам.
Калибровкой средств измерений называют совокупность операций, выполняемых метрологическими калибровочными органами, при-надлежащими государственным, акционерным, кооперативным и частным предприятиям, с целью определения и подтверждения действительных характеристик и пригодности к применению средств измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю.
Основой обеспечения единообразия средств измерений является воспроизведение, хранение и передача размера установленных физических величин.
Воспроизведение единицы физической величины – это совокупность операций по материализации единицы физической величины с наивысшей в стране точностью посредством государственного эталона или исходного образцового средства измерения. Различают воспроизведение основной и производной единиц.
Хранение единицы – совокупность операций, обеспечивающая неизменность во времени размера единицы, присущего данному средству измерения.
Передача размера единицы – это приведение размера единицы физической величины, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке или калибровке. Размер единицы передается сверху вниз – от более точных средств измерений к менее точным.
Названные технические процедуры осуществляются с помощью государственных эталонов и эталонов 1, 2, 3-го (иногда 4-го) разрядов. Все эти процедуры имееют конечной целью передачу размера физической величины от эталонных к рабочим средствам измерений.
Эталон должен обладать следующими свойствами:
1. Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой единицы в течение длительного интервала времени.
2. Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы физической величины с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники.
3. Сличаемость – возможность обеспечения сличения нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных, эталонов с наивысшей точностью для существующего уровня развития техники измерения.
Поверка (калибровка) средств измерений предполагает определение погрешностей средств измерений. При положительном исходе поверки (калибровки) средства измерений на него наносят поверочное (калиб-ровочное) клеймо – знак, удостоверяющий факт поверки (калибровки) и признания средства измерений пригодным к применению.
Способы нанесения поверительных клейм:
ударный,
давление на пломбу или нанесение специальной мастики,
наклейка клейма в виде деколей,
электрографический,
электрохимический и другие способы.
Требования к оттиску:
четкость рисунка;
сохранность на протяжении всего межповерочного интервала применительно к условиям, в которых эксплуатируется то или иное средство измерений.
Поверительные клейма используются органами Государственной метрологической службы, а также метрологическими службами юриди-ческих лиц, аккредитованными на право поверки средств измерений.
Поверительные клейма должны содержать следующую информацию (рис. 2.15):
1. Знак Федерального органа по метрологии РФ – Росстандарта.
2. Условный шифр органа государственной метрологической службы или метрологических служб юридических лиц, аккредитованных на право поверки средств измерений.
Шифр организации (лица) – исполнителя поверочных работ – представляет собой буквенный код, состоящий из прописных букв русского алфавита:
одной (А, Б, В и т. д.) – для государственных научных метрологических институтов;
двух (АБ, АВ и т. д.) – для государственных региональных центров метрологии;
трех (ААВ, ААГ и т. д.) – для юридических лиц и индивидуальных предпринимателей.
БТ – Федеральное бюджетное учреждение «Государственный регио-нальный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Тверской области» ФБУ «Тверской ЦСМ» на поверительных клеммах имеет обозначение БТ.
3. Две последние цифры года применения поверительного клейма.
4. Квартал года обозначают римскими (например: I, II, III, IV).
5. Индивидуальный знак поверителя.
Рис. 2.15. Виды клейм и информация на них:
а – поверительное клеймо: БТ – шифр ФБУ «Тверской ЦСМ»;
0 – третья цифра года поверки; 9 – четвертая цифра года поверки;
Т – шифр личного клейма поверителя; II – квартал поверки;
G – знак стандарта; б – калибровочное клеймо:
2К – квартал калибровки; 1 – третья цифра года калибровки;
Г – калибровочный шифр отдела; 4 – четвертая цифра года калибровки
Индивидуальный знак конкретного поверителя – строчная буква русского, латинского или греческого алфавитов.
Сущность поверки рабочих средств измерений, осуществляемой с помощью эталонов, состоит в определении того, насколько хорошо передан размер единицы физической величины к рабочему средству измерений. Узловым вопросом при поверке является выбор соотношения между допустимыми погрешностями эталона и рабочего средства измерений. Обычно это соотношение 1:3 или 1:5. Очень важным при этом является соотношение диапазонов измерений эталона и рабочего средства измерений. Верхний предел измерений эталона должен быть равен верхнему пределу измерений рабочего средства измерений или незначительно превышать его.
Для поверки рабочих измерительных устройств применяются следующие методы поверки:
1. Непосредственное сличение рабочего средства измерений с эталонным измерительным устройством.
2. Прямое измерение рабочим средством измерений физической величины, воспроизводимой эталонной мерой.
При поверке измерительного прибора методом непосредственного сличения с эталонным на вход этих измерительных приборов подается поочередно несколько значений измеряемой величины и определяется разность показаний эталонного и поверяемого приборов. Определение этой разности можно проводить одним из двух способов.
По первому способу путем изменения измеряемой величины устанавливают ее значение, соответствующее поверяемой отметке на шкале эталонного прибора, а по шкале поверяемого рабочего прибора определяют погрешность Δ.
По второму способу значение измеряемой величины устанавливают на шкале поверяемого рабочего прибора, а погрешность Δ определяют по шкале эталонного прибора.
Первый способ удобен при автоматизации поверочных работ. Он позволяет с помощью одного эталонного прибора и одного устройства, воспроизводящего измеряемую величину, поверять сразу несколько приборов. Второй способ позволяет точнее, чем первый, определить погрешность, так как шкала эталонного прибора имеет большее число делений, чем шкала поверяемого. Такое преимущество данного способа проявляется только при тщательной установке указателя поверяемого прибора на оцифрованные отметки шкалы.
Как при поверке измерительного прибора методом прямого измерения величин, воспроизводимых мерами, так и при поверке методом непосредственного сличения с эталонным прибором наибольшую полученную во всем диапазоне измерения погрешность принимают за основную погрешность поверяемого измерительного прибора.
Для измерительных приборов, у которых нормировано значение вариации, при поверке показания снимаются как минимум дважды: при плавном возрастании измеряемой величины и при ее плавном убывании. При этом устанавливаются такие значения измеряемой величины, при которых указатель подходит к соответствующим отметкам шкалы с одной или с другой стороны, не переходя ее.
Поверка измерительных приборов методом прямого измерения величины, воспроизводимой эталонной мерой, также реализуется двумя способами.
По первому способу на многозначной мере устанавливают поочередно значения физической величины, соответствующие выбранным для поверки отметкам шкалы поверяемого рабочего измерительного прибора, и по шкале этого прибора считывают показания и определяют погрешность Δ.
По второму способу для каждой выбранной для поверки отметки шкалы измерительного прибора на многозначной мере набирают такое значение воспроизводимой ею величины, при котором стрелка поверяемого прибора устанавливается на поверяемую отметку прибора, а погрешность при этом определяют как разность значения физической величины, соответствующего поверяемой отметке шкалы, и значения физической величины, установленного на многозначной мере.
Поверка измерительных преобразователей осуществляется обычно теми же методами, что и поверка приборов. При этом для измерения сигнала на выходе измерительного преобразователя используется соот-ветствующий эталонный измерительный прибор.
По форме представления для измерительных приборов принято различать абсолютную, относительную и приведенную погрешности.
Абсолютной погрешностью измерительного прибора D называют разность показаний прибора Xп и истинного (действительного) значения Xд измеряемой величины:
. (2.16)
Действительное значение Xд определяется с помощью эталонного прибора или воспроизводится эталонной мерой.
Относительной погрешностью измерительного прибора d называют отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к действительному значению измеряемой величины (относительную погрешность выражают в процентах):
|
. (2.17)
Приведенной погрешностью измерительного прибора g называют отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к
нормирующему значению XN, в качестве которого часто используется диапазон измерений прибора (приведенная погрешность выражается в процентах):
|
|
, (2.18)
где X в и X н – соответственно верхний и нижний пределы измерений.
Показания измерительного прибора могут не совпадать при постепенном увеличении значения измеряемой физической величины и последующем его уменьшении. Это явление связано с погрешностью гистерезиса, которую для измерительных приборов принято характеризовать абсолютной и приведенной вариацией показаний.
Вариация показаний измерительного прибора – разность показаний измерительного прибора, получаемых при одном и том же значении измеряемой величины Xд при постепенном увеличении (прямой ход) и последующем уменьшении (обратный ход) измеряемой величины:
, (2.19)
где X П пр и X П обр – показания измерительного прибора при прямом и обратном ходе.
Обычно используют приведенную вариацию показаний измери-тельного прибора, выраженную в процентах:
%. (2.20)
При поверке измерительного прибора вариацию определяют для всех поверяемых отметок шкалы, а в качестве оценки вариации поверяемого рабочего прибора принимают максимальную вариацию:
|
. (2.21)
Измерительные устройства принято разделять на классы точности. Класс точности L трактуется как обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей и рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений.
Основная погрешность средства измерений – это погрешность при использовании его в нормальных условиях. Нормальными условиями применения средства измерений называют условия, при которых влияющие величины имеют номинальные значения или находятся в пределах нормальной области значений.
Дополнительная погрешность средства измерений – это изменение его погрешности, вызванное отклонением одной из влияющих величин от ее нормированного значения или выходом ее за пределы нормальной области значений. Обозначение классов точности L производится в зависимости от способов задания пределов допускаемой погрешности (табл. 2.6).
Числовые значения для классов точности выбирают из приведенного ряда:
(2.22)
Числа 1,6 и 3 допускаются к применению, но не рекомендуются. Значение n принимается равным +1, 0, –1, –2 и т. д. Причем при одном значении n допускается устанавливать не более пяти различных пределов допускаемой погрешности для измерительных устройств конкретного вида.
Таблица 2.6
Формулы вычисления погрешностей
и обозначение классов точности средств измерений
| Формулы для определения пределов допускаемой основной погрешности | Примеры обозначения класса точности на средстве измерений | Средства, рекомендуемые к обозначению таким способом |
| 2.16 | E, M, F I – специальный II – высокий III – средний | Меры Электронные весы |
| 2.18 | 1.5 | Аналоговые средства измерений |
| 2.17, где ХN определяется длиной шкалы или ее части | 
| Омметры |
| 2.17 | 
| Мосты, счетчики, делители, измерительные трансформаторы |
где Xk – конечное значение диапазона измерений или диапазона значений воспроизводимой многозначной мерой величины; с и d – постоянные числа
(с = 0,05; d = 0,02)
| 0,05/0,02 | Цифровые средства измерений, магазин емкостей, магазин сопротивлений |
При нормировании основной погрешности учитывается тот факт, что положение реальной функции преобразования в пределах полосы, определяемой пределом допускаемой основной погрешности, изменяется за счет действия влияющих величин, что вызывает случайную погрешность, определяемую размахом R. Обычно допускаемое значение размаха принимается меньше, чем половина предела допускаемой погрешности:
. (2.23)
Описание лабораторного стенда
Лабораторная работа выполняется на двух лабораторных стендах.
Первый стенд служит для поверки измерительного прибора методом непосредственного сличения.
Лабораторный стенд (рис. 2.16а) содержит:
эталонный вольтметр 1 постоянного тока с диапазоном измерений 0–1 В;
рабочий вольтметр 2 постоянного тока с диапазоном измерений 0–1 В;
источник регулируемого напряжения 3.
Рис. 2.16. Схема лабораторного стенда для поверки:
а – методом непосредственного сличения;
б – методом прямого измерения величины,
воспроизводимой эталонной мерой
Стенд подключается к электрической сети с помощью вилки 4 и включается в работу с помощью тумблера 5. Лампа 6 служит для сигнализации включения стенда. Напряжение к эталонному и рабочему вольтметрам от источника поступает по проводам через клеммы 7 и 8 соответственно. Установка требуемого напряжения на выходе источника осуществляется с помощью ручки 9.
Второй стенд служит для поверки измерительного прибора методом прямого измерения величины, воспроизводимой эталонной мерой.
Лабораторный стенд (см. рис. 2.16б) содержит:
омметр 1, который является поверяемым рабочим прибором.
многозначную эталонную меру – магазин сопротивлений 2.
Порядок выполнения работы
Дата: 2019-11-01, просмотров: 307.
