Лабораторный практикум Метрология

Лабораторная работа 2

ПОВЕРКА ПРИБОРОВ

Цель работы: получить общие навыки проведения измерений, научиться проводить поверку приборов и рассчитывать класс точности поверяемого прибора.

Теоретические сведения

Поверка – это определение специальным органом метрологической службы метрологических характеристик средства измерения и установление его пригодности к применению на основании результатов контроля их соответствия предъявляемым требованиям. Основной метрологической характеристикой, определяемой при поверке средства измерений, является его погрешность. Она находится на основании сравнения поверяемого средства измерений с более точным средством измерений – рабочим эталоном.

Средства измерения – это технические средства, которые применяются для практического измерения единицы величины и имеют нормированную погрешность.

К средствам измерения относятся: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы.

Мера – это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физических величин заданного размера (гири, линейки и т.д.).

Измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Измерительный преобразователь – средство измерения, пред-

назначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Хотя измерительные преобразователи являются конструктивно обособленными элементами, они чаще всего входят в качестве составных частей в более сложные измерительные приборы или ус-

11

тановки и самостоятельного значения при проведении измерений не имеют.

Преобразуемая величина, поступающая на измерительный преобразователь, называется входной, а результат преобразования – выходной величиной. Соотношение между ними задается функцией преобразования, которая является его основной метрологической характеристикой.

Для непосредственного воспроизведения измеряемой величины служат первичные преобразователи, на которые непосредственно воздействует измеряемая величина и в которых происходит трансформация измеряемой величины для ее дальнейшего преобразования или индикации. Примером первичного преобразователя является термопара в цепи термоэлектрического термометра. Одним из видов первичного преобразователя является датчик – конструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы (он «дает» информацию). Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы. Например, датчик метеорологического зонда.

По характеру преобразования измерительные преобразователи могут быть аналоговыми, аналого-цифровыми (АЦП), цифроаналоговыми (ЦАП), то есть, преобразующими цифровой сигнал в аналоговый или наоборот. При аналоговой форме представления сигнал может принимать непрерывное множество значений, то есть, он является непрерывной функцией измеряемой величины. В цифровой (дискретной) форме он представляется в виде цифровых групп или чисел. Примерами измерительных преобразователей являются измерительный трансформатор тока, термометры сопротивлений.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте.

Измерительная система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ, размещенных в разных точках контролируемого объекта и с целью измерений одной или нескольких физических величин и выработки измерительных сигналов в разных целях.

12

По метрологическому назначению все средства измерений делятся на рабочие средства и эталоны.

Рабочие средства применяют для определения параметров технических устройств, техпроцессов, окружающей среды и т.п.

Рабочие средства могут быть лабораторными (повышенная точность), производственными (повышенная защищенность от механических повреждений либо что-нибудь другое, исходя из условий эксплуатации), полевыми (защищенность от воздействия климатических условий).

Эталон – это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы величины с целью передачи ее размера другим средствам измерений.

Эталоны классифицируют на первичные, вторичные, рабочие. Первичный – это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным. В России государственные эталоны утверждает Госстандарт. Хранятся и поддерживаются эти эталоны в научно-исследовательских институтах и других организациях специализирующихся в области различных физических величин. Международные эталоны хранит и поддерживает Международное

бюро мер и весов (МБМВ).

Вторичные эталоны (эталоны копии). Размер вторичных эталонов сличается с государственным эталоном. Вторичные эталоны утверждаются либо Госстандартом, либо научными метрологическими центрами.

Рабочие эталоны воспринимают размер единицы от вторичных эталонов и служат для передачи размера рабочим эталонам более низкого разряда. Рабочий эталон самого низкого разряда служит для проверки рабочих средств измерения.

Метрическая аттестация средств измерений. Поверку средств измерений производят для установления их пригодности к применению. Пригодными к применению в течении межповерочного интервала признают средства измерения, поверка которых, выполненная в соответствии с требованиями нормативно-технических документов (НТД) по поверке, подтверждает их соответствие метрологическим и техническим требованиям к данному средству из-

13

мерений. После проведения поверки на корпусе средства измерения ставится клеймо с указанием даты поверки, или выдается документ, подтверждающий проведение поверки данного средства измерения.

Поверку средств измерений производят органы государственной метрологической службы, аттестованные на право проведения государственной поверки средств измерений (Государственная поверка), а также предприятия и учреждения иной ведомственной принадлежности, которым предоставлено право проведения поверок в установленном Госстандартом порядке (Ведомственная по-

верка).

Обязательной государственной поверке подлежат:

–средства измерений, применяемые в органах государственной метрологической службы;

–средства измерений, выпускаемые из производства в качестве образцовых согласно их прямому назначению или по условиям заказа на изготовление;

–средства измерений, предназначенные для применения и применяемые в качестве измерений, результаты которых используются для учета материальных ценностей, для защиты природной среды, обеспечения безопасности труда;

–средства измерений, применяемые для измерений, результаты которых служат основанием для регистрации национальных и международных спортивных рекордов.

Виды поверок. Первичной поверке подлежат средства измерений при выпуске из производства или ремонта, а также средства измерений, поступившие по импорту.

Периодической поверке подлежат средства измерений, находящиеся в эксплуатации или на хранении, через определенные межповерочные интервалы, установленные с расчетом обеспечения пригодности к применению средств измерений на период между поверками. Периодическая проверка производится согласно установленным и утвержденным графикам.

Внеочередная поверка проводится при:

а) необходимости удостовериться в пригодности к применению средств измерения;

б) применении средств измерения в качестве комплектующих по истечении половины межповерочного интервала:

14

в) повреждении поверочного клейма, пломбы или утере документа, подтверждающего прохождение средствами измерения очередной поверки;

г) переконсервации средств измерения; д) передаче средств измерения на длительное хранение по ис-

течении половины межповерочного интервала; е) отправке потребителю средств измерения не реализованных

предприятием-изготовителем по истечении половины межповерочного интервала.

Инспекционную поверку проводят для выявления пригодности к применению средств измерений при осуществлении государственного надзора и ведомственного контроля за состоянием и применением средств измерений. Инспекционная поверка может проводиться не в полном объеме. Результаты инспекционной проверки фиксируются в акте. При проведении Государственной инспекционной поверки должен присутствовать представитель предприятия.

Экспертную поверку проводят при возникновении спорных вопросов по метрологическим характеристикам, исправности средств измерений и пригодности их к применению. Экспертную поверку производят органы государственной метрологической службы по письменному требованию суда, прокуратуры, милиции, государственного арбитража и письменному заявлению предприятий при возникновении спорных вопросов.

Класс точности. Класс точности средства измерения – это обобщенная характеристика средства измерения, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливают в стандартах на отдельные виды средств измерений.

Классы точности присваивают средствам измерений при их разработке на основании исследований и испытаний представительной партии устройств данного типа. Обычно они устанавливаются в стандартах или технических условиях на средства измерений. При этом пределы допускаемых погрешностей нормируют и выра-

жают в форме абсолютной, относительной или приведенной погрешностей.

15

Приведенной погрешностью γ называется отношение абсолютной погрешности к некоторому нормирующему значению XN (например, к конечному значению шкалы прибора или сумме значений шкал при двусторонней шкале):

Для средств измерений с равномерной, практически равномерной или степенной шкалой значение XN принимают равным:

-большему из пределов или равным большему из модулей пределов измерений, если нулевое значение (нулевая метка) находится на краю или вне диапазона измерений;

-сумме модулей пределов измерений, если нулевое значение находится внутри диапазона измерения.

Электроизмерительные приборы по степени точности делятся

на 8 классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; и 4,0. Класс прибора γкп

определяет наибольшую допустимую основную приведенную погрешность в рабочей части шкалы, выраженную абсолютным числом, значение которого равно приведенной погрешности в процентах, то есть γпр = γкп (%). Из этого следует, что значение класса при-

Если пределы измерения образцового и поверяемого приборов установлены одинаковые, то можно провести полноценную поверку прибора и установить его действительную погрешность. В этом случае погрешность прибора будет определяться по формуле:

где γпр – приведенная погрешность поверяемого прибора, определенная по формуле (2.1), γкоп – класс точности образцового прибора.

Задание

1.Провести поверку генератора ГЗ-109. При проведении поверки провести операции, указанные в табл. 2.1.

2.Определить класс точности поверяемого прибора.

16

Ход работы

1.Получить у преподавателя поверяемый и образцовый при-

боры.

2.Провести поверку.

2.1. Опробование (проверка исправности). Для опробования генератора необходимо:

-установить частоту генерации 1000 Гц;

-установить переключатель «НАГРУЗКА Ω» в положении

«АТТ.»;

-установить аттенюатор в положение «15 V»;

-установить переключатель пределов измерения образцового вольтметра в положение «300 V» и подключить его к гнезду «ВЫХОД 1» генератора;

-повернуть ручку «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ.» вправо до упора, образцовый вольтметр должен показать напряжение не менее 15 В;

-установить последовательно частоту генерации 20 Гц и 200 Гц,

вобоих случаях образцовый вольтметр должен показать напряжение не менее 15 В.

Если в одном из указанных положений образцовый вольтметр покажет напряжение менее 15 В, то генератор подлежит забракованию и направлению в ремонт.

Результаты измерений предоставить в виде табл. 2.2.

2.2.Определение метрологических параметров.

2.2.1.Погрешность установки частоты генератора по шкале частот определяется методом непосредственного измерения частоты генератора электронно-счетным частотомером ЧЗ-54.

18

Измерения проводятся в трех точках шкалы каждого поддиапазона (в начале, середине и конце) в следующем порядке:

-подключить к гнезду «ВЫХОД 1» частотомер, подготовленный к работе в режиме измерения частоты;

-установить переключателем «МНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ» поддиапазон частот, на котором будут производиться измерения;

-установить аттенюатор в положение «1,5 V»;

-установить ручкой «РЕГУЛИРОВКА ВЫХ.» выходное напряжение генератора, достаточное для уверенной работы частотомера;

-установить частоту генератора по шкале частот, соответствующую началу, середине и концу каждого поддиапазона, и снять показания частотомера;

-установку частоты по шкале частот и ее измерение частотомером проводить дважды: при подходе по шкале частот к измеряемому значению частоты справа и слева. Ни одно из полученных при этом значений не должно отличаться от номинального более чем на допустимую погрешность, указанную в технических данных на прибор.

Результаты измерений предоставить в виде табл. 2.3.

За действительное значение частоты генератора принимают среднее арифметическое двух отсчетов по частотомеру и определяют его по формуле:

где fд – действительное значение частоты по шкале частот генератора, Гц; f′и f″ – значения частот генератора, измеренные частото-

19

мером при подходе к поверяемой отметке по шкале частот слева и справа соответственно, Гц.

Относительную погрешность установки частоты в процентах определяют по формуле:

где fн – номинальное значение частоты, установленное по шкале частот генератора, Гц.

Значения измеряемых частот, допускаемые значения погрешностей и границы показаний частотомера, рассчитанные в соответствии с допускаемой погрешностью, приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

20