28.Общие вопросы поверки приборов прямого действия

Прибором прямого действия называют измерительный прибор, в котором предусмотрено одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации без применения обратной связи.

Приборы этого типа составляют основную массу электроизме­рительных приборов. Сюда входят амперметры, вольтметры, ваттметры, омметры, фарадметры, фазометры, счетчики энергии, а также комбинированные приборы.

Разнообразие приборов прямого действия делает невозмож­ным создание единой методики их поверки. Существуют стан­дарты и нормативно-технические документы, определяющие ме­тоды и средства поверки. Эти документы содержат общие положе­ния, которые необходимо соблюдать при поверке приборов прямого действия.

При поверке, как правило, выполняются следующие операции:

• внешний осмотр прибора;

• опробование;

• определение влияния наклона на показания прибора;

• проверка электрической прочности изоляции и определение сопротивления изоляции;

• определение основной погрешности и вариации показаний;

• определение величины невозвращения указателя к нулевой отметке шкалы;

• определение времени успокоения подвижной части прибора;

• определение погрешности срабатывания контактного устрой­ства;

• определение погрешности регистрации показаний.

Конкретный перечень обязательного минимума операций уста­навливается в зависимости от назначения прибора и вида по­верки.

Условия поверки. При поверке приборов должны соблюдаться нормальные условия как для поверяемого прибора, так и для образцовых СИ. Поскольку образцовые СИ имеют более высокую точность, область нормальных значений для них более узкая, поэтому условия поверки, как правило, определяются нормаль­ными условиями именно образцовых, а не поверяемых СИ. Нор­мальные значения влияющих величин указываются на приборе или в технической документации. Когда такие указания отсут­ствуют, следует руководствоваться значениями, приведенными в табл. 3.1; там же указаны допускаемые отклонения от нормаль­ных значений.

Щитовые приборы перед поверкой прогревают при номиналь­ной нагрузке в течение 15 мин. Переносные приборы прогревать не следует. Исключение составляют термоэлектрические приборы, которые прогреваются при номинальной нагрузке в течение 15 мин, и электронные приборы, время прогрева которых указывается в инструкции по эксплуатации.

Указатель прибора устанавливается корректором на отметку механического нуля до предварительного нагрева и в дальнейшем не должен вновь устанавливаться на эту отметку.

При поверке необходимо исключить влияние на прибор ферро­магнитных масс, других приборов, внешних магнитных и элек­трических полей.

Внешний осмотр поверяемого прибора преследует две цели:

• сформулировать требования, которые будут предъявлены и прибору при поверке;

• выявить механические дефекты, которые могут препятствовать применению прибора независимо от правильности его показаний.

На циферблаты и корпуса приборов наносятся условные обо­значения, позволяющие получить полное представление о назначении и возможностях прибора.

Задачей внешнего осмотра является обнаружение дефектов, которые могут привести к ошибкам при измерениях, быстрой порче прибора. К таким дефектам относятся:

• трещины и щели в корпусе прибора или местах соединений отдельных частей, через которые внутрь корпуса может проникнуть пыль или влага;

• стекло укреплено непрочно или имеет трещины;

• посторонние или отсоединившиеся предметы внутри прибора (такие предметы легко обнаружить на слух при переворачивании прибора);

• шкала прибора покороблена, отклеилась или загрязнена;

• зеркальная полоска, служащая для устранения погрешностей от параллакса, разбита или потускнела;

• искривлена стрелка прибора;

• разбивка шкалы на деления между основными числовыми отметками не соответствует общему характеру шкалы; например, шкала имеет квадратичный характер, т. е. сжата в начале и рас­тянута в конце, в этом случае и деления между числовыми отмет­ками должны иметь тот же характер; особенно это относится к приборам, вышедшим из ремонта;

• отсутствуют, расшатаны или повреждены зажимы, штепсели не соответствуют гнездам, неисправны переключатели.

При внешнем осмотре проверяется также работа корректора, который должен позволять смещать указатель прибора в обе стороны от отметки механического нуля на 5 % длины шкалы и устанавливать его точно на нуль.

Необходимо произвести внешний осмотр масштабных измерительных преобразователей, применяемых совместно с поверяемым прибором Их класс точности должен быть по крайней мере на ступень выше класса точности поверяемого прибора

При обнаружении любого из перечисленных дефектов в приборе или применяемом совместно с ним измерительном преобразователе поверяемый прибор признается непригодным к применению и дальнейшей поверке не подлежит.

Опробование прибора ставит целью убедиться, что измеритель­ный механизм прибора реагирует на изменение измеряемой величины, а органы регулировки прибора способны выполнять свои функции. В контактных приборах при этом проверяется работоспособность контактного устройства, а в самопишущих - устройства записи показаний. Операция опробования в достаточной мере специфична и зависит от вида поверяемого прибора.

В приборах со световым указателем в процессе опробования проверяется работа осветительного устройства при всех напряжениях питания. Отсчетная риска на световом пятне должна быть отчетливо видна и должна перемещаться параллельно делениям.

В омметрах и фарадметрах проверяется работа регулирующего устройства, возможность установки стрелки на контрольную отметку шкалы.

В процессе опробования следует убедиться в отсутствии «за­тирания» подвижной части прибора. Для этого прибор подклю­чают к источнику образцового сигнала или к образцовой регули­руемой мере и плавно изменяют значение измеряемой величины от минимального до максимального и обратно. Указатель прибора при этом должен плавно перемещаться вдоль шкалы без рывков и заеданий. Наличие последних указывает на то, что подвижная часть прибора задевает за неподвижную. Такие приборы непри­годны к применению.

В самопишущих приборах следует убедиться, что диаграммная лента перемещается при всех скоростях протяжки, а устройство записи дает четкое изображение.

Определение влияния наклона. Центр тяжести подвижной части прибора должен совпадать с ее осью вращения. Для уравновеши­вания на подвижной части имеются специальные противовесы, перемещением которых добиваются требуемого положения центра тяжести. Под влиянием различных причин центр тяжести может сместиться, что приводит к зависимости показаний от угла на­клона прибора. Поэтому у всех приборов, не снабженных уровнем, проверяется влияние наклона на показания прибора.

Отклонение прибора от обозначенного на нем рабочего поло­жения в любом направлении на нормированный угол не должно вызывать изменения показаний больше, чем на значение предела допускаемой основной погрешности. Если рабочее положение на приборе не указано, то прибор должен соответствовать требо­ваниям при отклонении как от горизонтального положения, так и от вертикального. Нормируемый угол наклона зависит от конструкции прибора, его класса точности, условий при­менения.

Для создания соответствующих углов наклона в лаборатории следует иметь шаблоны с углами 1, 5, 10, 20, 30 и 45°.

Влияние наклона допускается определять как на включенном, так и на невключенном приборе. У приборов с логометрическим измерительным механизмом влияние наклона следует определять только при включенном приборе.

Определение влияния наклона производят следующим образом. Установив стрелку прибора на отметку шкалы А вблизи ее гео­метрической середины, поочередно наклоняют прибор в каждую из четырех сторон и отмечают каждый раз его показания А₁.

Для каждого случая находят приведенную погрешность (в про­ центах) по формуле

где A_N — нормирующее значение. Ни одно из полученных значе­ний  не должно превышать предела допускаемой основной по­грешности.

У приборов с механическим противодействующим моментом определение влияния наклона можно производить только на отметке механического нуля при невключенном приборе.

Проверка электрической прочности и определение сопротивле­ния изоляции. Испытание электрической прочности изоляции токоведущих частей средств измерений обязательно производится при выпуске их из производства или ремонта. Изоляция между всеми изолированными электрическими цепями и корпусом сред­ства измерения должна выдерживать в течение 1 мин действие переменного синусоидального напряжения частотой 50 Гц. Зна­чение этого напряжения при нормальных температуре и влаж­ности окружающего воздуха нормируется в зависимости от номи­нального напряжения средства измерения. В отдельных случаях испытание изоляции может производиться постоянным током и при повышенной влажности.

Для испытания изоляции применяются специальные уста­новки, позволяющие плавно изменять напряжение от нуля до наибольшего значения испытательного напряжения. Схема одной из таких установок показана на рис. 3.1. Основу установки со­ставляют регулируемый автотрансформатор Тр₁ и повышающий трансформатор Тр₂. Выходное напряжение можно плавно изменять от 0 до 2000 В. Контроль выходного напряжения осуществляется при помощи вольтметра, включенного во вторичную цепь транс­форматора Тр₂. В установке предусмотрено автоматическое от­ключение напряжения при увеличении выходного тока, т. е. при низком сопротивлении изоляции испытуемого прибора. Для этого служит реле Р защиты от перегрузки, имеющее две обмотки: основную (намагничивающую) и дополнительную (размагничива­ющую). Ток, протекая по основной обмотке, притягивает якорь и замыкает контакты реле, при этом замыкается цепь питания трансформатора Тр₂. При увеличении выходного тока повышается ток в дополнительной обмотке реле, и при токе в дополнительной обмотке, равном току в основной, происходит полная компенсация и якорь отпадает. Значение тока защиты регулируется резисто­ром R₁. Мощность трансформатора Тр₂ должна быть не менее 0,25 кВ·А при испытательном напряжении до 3 кВ и не менее 0,5 кВ·А при испытательном напряжении свыше 3 кВ.

Испытательное напряжение прикладывается по-разному, в за­висимости от конструкции испытуемого средства измерений. Заземленный электрод источника высокого напряжения соединяется с корпусом испытуемого средства измерений или с метал­лическим экраном, если корпус сделан из изолирующего мате­риала. В последнем случае экран должен покрывать всю поверх­ность корпуса. Подключение высоковольтного электрода также зависит от конструкции средства измерений. Если нет особых указаний, то все зажимы средства измерений соединяются между собой и к ним подключается высоковольтный электрод. Иногда требуется проверить прочность изоляции раздельных электриче­ских цепей, например при поверке ваттметров проверяют электри­ческую прочность между последовательными и параллельными цепями (если они не соединены постоянно между собой), между раздельными последовательными цепями многоэлементных ваттметров (если ваттметр применяется без измерительного транс­форматора тока). При поверке электронных приборов отдельно проверяют изоляцию со стороны измерительной цепи и со стороны источника питания. В этом случае высоковольтный электрод подключается сначала к соединенным вместе зажимам одной цепи, а затем — другой.

Установка должна включаться под напряжение только после принятия всех необходимых мер безопасности. Испытательное напряжение медленно (в течение 5—20 с) повышается от нуля до испытательного значения и выдерживается при нем в течение 1 мин, затем снижается с такой же скоростью. Признаком не­удовлетворительного состояния изоляции служит внезапное возрастание силы тока в цепи повышающего трансформатора или снижение напряжения на ее зажимах. Отклонение указателя испытуемого прибора в любую сторону на любой угол, дрожание его или появление шума не являются признаком неудовлетвори­тельности изоляции.

Измерение сопротивления изоляции производится на по­стоянном токе. Сопротивление измеряется между зажимами токоведущих цепей и корпусом или экраном средства измерений. Сопротивление может измеряться мегомметром, тераомметром или по методу амперметра и вольтметра. Во всех случаях напряже­ние, прикладываемое к средству измерений, должно быть не меньше номинального и не больше испытательного напряжения прочности изоляции. Отсчет показаний по мегомметру должен производиться через 1 мин после приложения напряжения к объ­екту измерения. Следует учитывать, что напряжение на зажимах мегомметров и тераомметров достигает 1 кВ и более и может вызвать в некоторых случаях повреждение изоляции. Поэтому мегомметр нужно выбирать таким, чтобы номинальное напряже­ние на его зажимах было не больше, чем испытательное напряже­ние поверяемого прибора.

Определение времени успокоения подвижной части прибора. Под временем успокоения подвижной части прибора понимается время с момента изменения измеряемой величины до момента, когда отличие показания прибора от установившегося его показа­ния не превысит 1 % длины шкалы.

Определение времени успокоения обязательно производится при выпуске прибора из производства или ремонта, так как по­зволяет проверить правильность сборки успокоителя.

При определении времени успокоения необходимо правильно выбрать начальное и конечное положения подвижной части прибора, т. е. положение, которое должен занимать указатель до момента изменения измеряемой величины, и установившееся положение после ее изменения. Выбор указанных положений зависит от способа создания противодействующего момента в при­боре и вида шкалы.

Для приборов с механическим или магнитным противодей­ствующим моментом время успокоения определяется:

• при изменении измеряемой величины, обусловливающем пере­мещение указателя от нулевого положения до геометрической середины шкалы, — при односторонней шкале;

• при отклонении измеряемой величины от значения, соответ­ствующего конечному значению шкалы, до нуля — при двусто­ронней симметричной шкале;

• при изменении измеряемой величины, обусловливающем пере­мещение указателя прибора приблизительно на половину длины шкалы, — при двусторонней несимметричной шкале.

Для приборов с логометрическим измерительным механизмом время успокоения определяется при изменении измеряемой вели­чины, вызывающем перемещение указателя с начальной отметки приблизительно на геометрическую середину шкалы.

Из сказанного видно, что во всех случаях одним из положений является положение, соответствующее нулевому значению изме­ряемой величины. Отсюда вытекает следующий порядок опре­деления времени успокоения.

Прибор присоединяют к источнику питания измерительной цепи или к образцовой мере и в зависимости от конструкции прибора и вида шкалы устанавливают указатель прибора на соответствующую отметку шкалы. Затем, не меняя значения сигнала (или значения меры), прибор отключают и после успо­коения колебаний указателя вновь включают.

Характер успокоения может быть периодическим или колеба­тельным. В первом случае указатель прибора плавно, без коле­баний подходит к своему установившемуся значению. Во втором случае указатель, прежде чем остановиться, совершает одно или несколько колебаний вокруг отметки шкалы, соответствующей установившемуся значению.

Время успокоения измеряют при помощи секундомера. Изме­рение производится не менее трех раз. Среднее арифметическое значение полученных результатов измерения и будет временем успокоения колебаний подвижной части данного прибора. Для приборов термоэлектрической и электростатической систем и приборов с длиной стрелки более 150 мм время успокоения не должно превышать 6 с, для остальных приборов — 4 с.

Определение погрешности срабатывания контактного устрой­ства. Погрешность срабатывания контактного устройства про­веряют не менее чем на трех числовых отметках из области действия. Две из этих отметок должны находиться у границ области действия контактного устройства, а третья — при­близительно на геометрической середине. В качестве сигналь­ного устройства используются лампы накаливания, звонки или другие устройства, подключаемые к прибору с внешним источником питания.

Указатель контактного устройства устанавливают на проверя­емую отметку шкалы и трижды плавно изменяют значение изме­ряемой величины поверяемого прибора до срабатывания контакт­ного устройства, при этом измеряют действительное значение величины, соответствующее моменту срабатывания. Абсолютную погрешность срабатывания определяют как разность между но­минальным значением величины, соответствующей отметке шкалы, на которую установлен указатель контактного устройства, и дей­ствительным значением. За погрешность срабатывания контакт­ного устройства принимают отношение наибольшей из полученных разностей при плавном увеличении и уменьшении значений измеряемой величины к нормирующему значению шкалы.

Во время проверки не должны наблюдаться ложные срабаты­вания сигнального устройства.

Определение основной погрешности записи показаний произ­водится аналогично определению основных погрешностей показа­ний с некоторыми дополнениями. Погрешность и вариации опре­деляются по записям, полученным на диаграммной ленте. До подачи измеряемого сигнала перо должно быть установлено на нулевую линию движущейся диаграммы. Все записи должны производиться на движущейся диаграмме. Продолжительность записи для самопишущих приборов с непрерывной записью в каж­дой проверяемой отметке должна быть не менее 2 мин или в те­чение времени, необходимого для получения записи длиной 2 мм. Для самопишущих приборов с точечной записью для каждой проверяемой отметки должно быть получено не менее двух от­печатков.

Определение основной погрешности производится при мини­мальной и максимальной скоростях перемещения диаграммы.