книги / Методы электрических измерений

эксплуатирующей организацией. Утверждает программу руко­ водитель организации, проводящей аттестацию.

При проведении аттестации проверяют соответствие метроло­ гических характеристик требованиям технического задания, оце­ нивают полноту и правильность способов выражения метрологи­ ческих характеристик. Экспериментально определяют метрологи­ ческие характеристики, определяют межповерочный интервал. При положительной аттестации выдается соответствующее сви­ детельство.

Развитие методов аттестации должно идти в трех направле­ ниях:

разработки методов испытаний, которые на ограниченном количестве, экземпляров средств измерений позволили бы полу­ чить достоверные данные о качестве всей совокупности средств измерений данного типа;

уменьшения трудоемкости испытаний при сохранении пол­ ноты и достоверности получаемых данных;

развития методов математической статистики и планирования измерительного эксперимента, позволяющих решить поставлен­ ные задачи.

11.2.2. Поверка средств измерений. Поверка как форма метро­ логического надзора за средствами измерений заключается в опре­ делении их метрологических характеристик с целью поддержания средств измерений в постоянной готовности к измерениям.

Поверку необходимо рассматривать как типичную операцию контроля, в результате которой делается вывод о годности для работы конкретного экземпляра средства измерений. Между испытаниями и поверкой есть существенная разница: целью испытаний является оценка свойств всей совокупности средств измерений, а целью поверки — оценка свойств конкретного сред­ ства измерений.

В соответствии с существующими стандартами (ГОСТ 8.002—86) разли­ чают поверку первичную, периодическую, внеочередную, инспекционную, экс­ пертную.

Первичная поверка производится при выпуске средства измерений из произ­ водства или ремонта.

Периодическая поверка — поверка, производимая при эксплуатации или хранении средства измерений через определенные промежутки времени. Эти промежутки времени межповерочные интервалы — должны устанавливаться с расчетом обеспечения метрологической исправности средства измерений в пе­ риод между поверками.

Внеочередная поверка производится до наступления срока очередной перио­ дической поверки в случае необходимости получения подтверждения об исправ­ ности средства измерений; при вводе в эксплуатацию зарубежного средства изме­ рений; при контроле результатов периодической поверки; при постановке сред­ ства измерений в качестве комплектующего изделия после истечения половины гарантийного срока его юдности; при повреждении доверительного клейма пли утрате документов о поверке; после транспортировки средства измерений.

Инспекционная поверка осуществляется при метрологической экспертизе средства измерений, проводимой по заявкам органов милиции, следственных органов и органов государственного арбитража.

В зависимости от того, кем выполняется поверка, различают государствен­ ную и ведомственную поверки средств измерений.

Государственной поверке подлежат средства измерений, играющие особенно важную роль в обеспечении единства измерений в стране, служащие для учета, охраны здоровья, применяемые в органах государственной метрологической служ­ бы, ведомственных служб в качестве образцовых средств измерений.

В результате поверки на исправный прибор выдается свидетельство или ста­ вится клеймо государственного поверителя.

Межповерочные интервалы для средств измерений, подлежащих обязатель­ ной государственной поверке, устанавливаются Госстандартом СССР. Так, на­ пример, межповерочный интервал для измерительных конденсаторов, магазинов емкостей, измерителей сопротивлений, индуктивностей и емкостей, магазинов ин­ дуктивности — один раз в два года; на образцовые средства измерений электри­ ческих величин — один раз в год.

Периодичность поверки средств измерений, подлежащих ведомственной по­ верке, устанавливается самим предприятием в зависимости от условий эксплуата­ ции.

Вопрос назначения оптимальных межповерочных интервалов сложен и пока еще не решен. Объясняется это многообразием факторов, влияющих на выбор интервалов. В первом приближении значение межповерочного интервала монсно определить, если известна математическая модель инструментальной погрешности средства измерений. В этом случае задача отыскания значения межповерочного интервала может быть сведена к задаче отыскания времени пересечения случай­ ным процессом заданного уровня [66].

Поверочные схемы. Поверочная схема —это документ, регламентирующий средства, методы и точность передачи размера единицы физической величины от государственного эталона или исходного образцового средства измерений.

Различают государственные, ведомственные и локальные поверочные схемы. Государственная поверочная схема распространяется на все средства измере­ ний данной физической величины, применяемые в стране; ведомственная — на сред­ ства измерений, подлежащие поверке внутри ведомств; локальная — на средства

измерений, подлежащие поверке на данном предприятии.

Поверочные схемы оформляют в виде чертежа, на котором указывают наиме­ нование средства измерений и методов поверки, номинальные значения или диа­ пазоны значений физических величин, средств измерений и методов поверки. Методы поверки средств измерений должны соответствовать одному из общих методов поверки; сличения, компенсации, компарирования, калибраторов. Чер­ теж самой схемы должен состоять из полей, расположенных друг над другом и разделенных штриховыми линиями, число которых зависит от структуры пове­ рочной схемы. Поля должны иметь наименования, указываемые в левой части чертежа, отделенной вертикальной сплошной линией. В верхнем поле чертежа государственной поверочной схемы, возглавляемой государственным эталоном, указывают наименование эталонов в порядке их подчинения. В верхнем поле чертежа ведомственной или локальной схемы указывает наименование эталона или локальной поверочной схемы. Для средств измерений производных величин, единицы которых воспроизводят методом косвенных измерений, в верхнем поле чертежа указывают наименование образцовых средств измерений, применяемых для воспроизводства данной единицы. Наименования этих образцовых средств измерений должны быть даны со ссылкой на соответствующую поверочную схему. Номинальные значения или диапазоны значений физических величин и значения их погрешностей указывают под наименованиями эталонов и образцовых средств измерений. Под полем эталонов располагают поле образцовых средств измерений. В тех поверочных схемах, где должна быть показана передача размеров единиц от образцовых средств измерений, заимствованных из других поверочных схем, их наименование помещают в специально отведенном поле.

В ведомственных и локальных поверочных схемах указывают разряды образ­ цовых средств измерений, присвоенные этим средствам измерений в государствен­ ных поверочных схемах. Под наименованием образцовых средств измерений пока­ зывают диапазоны измерений и значения погрешностей средств измерений. Поле рабочих средств измерений помещают под полем подчиненного образцового, сред­

Его неточность и приводит к браку поверки. При известных плотностях распре­ деления погрешности поверяемого и образцового приборов в работе [66 ] полу­ чены соотношения для вероятностей брака поверки. Вероятность брака поверки первого рода

Лп"-Дп. Я

ваться и стоимость операции поверки. Причем повышение точности образцовым средств измерений повлечет sa собой увеличение стоимости поверки. Брак по­ верки тоже имеет определенную стоимость. Следовательно, варьируя погрешно­ стью образцовых средств, можно найти минимальные потери при поверке и этот вариант считать оптимальным. Существующий математический аппарат позволяет это сделать. Однако, к сожалению, нельзя пока оценить объективно потери от применения средств измерений, погрешность которых выходит за установленные границы. Возникают сложности и в оценке законов распределения погрешностей, поскольку они могут изменяться во времени по весьма сложным законам [55].

Если учесть, что обоснование выбора методик оценки р± и р2 сверху [66] весьма сложно, то становится ясным, что в практике измерений эго решается воле­ вым путем — путем стандартизации критического соотношения между пределами допускаемых инструментальных погрешностей образцового и поверяемого сред­ ства измерений. Эти соотношения указывают в государственных стандартах по методам и средствам поверки конкретных средств измерений.

Одним из важных вопросов теории поверочных схем является выбор числа разрядов поверочной схемы и расчета оптимальной поверочной схемы. При этом критерием оптимальности должен служить какой-либо экономический критерий. В работе [66] показано, что в настоящее время расчет оптимальных поверочных схем выполнен быть не может, а минимально необходимое число разрядов пове­ рочной схемы может быть найдено, если известно число рабочих средств измере-

ний, периодичность ихповерки, допустимое число ежегодных сличений наиболее точных средств измерений с эталонами и продолжительность поверки одного сред­ ства измерений.

Порядок проведения поверки. Методы поверки. Разнообразие средств измерений делает невозможным создание единой методики их поверки: существуют стандарты, методические ука­ зания и инструкции, определяющие методы и средства поверки. Эти документы содержат общие положения, которые необходимо соблюдать при поверке.

В общем случае при поверке выполняют следующие опе­ рации.

Внешний осмотр средства измерений для выявления дефектов в конструкции средства, делающих бессмысленной его поверку.

Опробование с целью определения работоспособности средства измерений и определение дефектов в его работе, не выявленных при внешнем осмотре.

Определение влияния наклона корпуса прибора на его работу.

Величина угла наклона определяется конструкцией прибора и должна быть известна из его описания. Наклоняют прибор в каж­ дую из четырех сторон. Для каждого случая находят приведен­ ную погрешность у = (ах — а)/ан, где (% — показания прибора при наклоне; а — показания прибора без наклона; ап — норми­ рующее значение шкалы. Значение у не должно превышать до­

пускаемого значения основной погрешности.

Поверка электрической прочности и сопротивления изоляции.

Поверка производится на специальных установках при напряже­ нии, указанном в паспорте прибора.

Определение времени успокоения подвижной части. Время успокоения определяют в соответствии со стандартами и указы­ вают в документации в разделе «Указание по поверке». Для при­ боров термоэлектрической и электростатической систем и прибо­ ров с длиной стрелки свыше 150 мм время успокоения не должно превышать 6 с, для остальных — 4 с.

Определение срабатывания контактного устройства. Для этого указатель контактного устройства устанавливают на пове­ ряемую отметку и трижды плавно изменяют значение измеряемой величины до срабатывания устройства, измеряя при этом действи­ тельное значение величины, соответствующее моменту срабатыва­ ния. За погрешность срабатывания принимают наибольшую приведенную погрешность, полученную в серии из трех ис­ пытаний.

Определение основной погрешности записи показаний. Эту погрешность определяют так же, как и основную погрешность прибора (ГОСТ 8.508—84), но погрешности и вариацию опреде­ ляют по записям, полученным при минимальной и максимальной скоростях движения диаграммы.

Размагничивание средства измерений производят, если его намагниченность влияет на его метрологические характеристики.

как разность показаний поверяемого и образцового средств изме­ рений с учетом коэффициента преобразования НП.

Компенсационный метод. Этот метод основан на принципе компенсации измеряемой величины известной величиной и осу­ ществляется, как правило, с помощью компенсаторов постоянного или переменного тока. Структурная схема поверочной установки, построенной по этому методу, показана на рис. 11.5. На схеме ИС — источник сигнала, УР — устройство регулирования, НП —- нормализующий преобразователь, ПСИ — поверяемое средство измерений, /( — компенсатор. В устройстве с помощью источника сигнала и устройства регулирования показания поверяемого средства измерений устанавливаются на заданную отметку на шкале. Значение сигнала на выходе УР измеряется с помощью компенсатора. Таким образом поверяются высокоточные средства измерений (класса 0,5 и выше). При необходимости применения нормализующего преобразователя погрешность измерения будет увеличена на значение погрешности этого преобразователя.

При применении этих методов возможен статический или дина­ мический режим поверки. При поверке в статическом режиме ско­ рость перемещения указателя в момент считывания показаний поверяемого и образцового средства измерений равна нулю. В динамическом режиме считывание показаний производится при непрерывном движении указателя, без его остановки на поверяе­ мой отметке шкалы. Создание средств поверки, работающих в динамическом режиме, становится необходимым при автомати­ зации поверочных работ и связано с разработкой методов автома­ тического считывания показаний и определения погрешностей

измерения в таком режиме.

Метод компарирования. Этот метод применяется для поверки средств измерений высокой точности на переменном токе про­ мышленной и радиочастоты. Собственно компаратор — это при­ бор, позволяющий сравнивать переменный ток с постоянным. Компараторы бывают разновременного и одновременного срав­ нения. Основным элементомкомпаратора является преобразова­ тель, одинаково реагирующий как на переменный сигнал, так и на постоянный. В качестве такого преобразователя могут быть использованы электродинамические измерительные механизмы, термоэлектрические, выпрямительные и другие преобразователи.

В поверочных установках, как правило, используются компа­ раторы разновременного сравнения. В них на вход компаратора вначале подается переменный сигнал и запоминается соответ­ ствующее ему значение выходной величины компаратора. Затем через переключатель на вход компаратора подается постоянный сигнал, значения которого регулируют до тех пор, пока выход­ ная величина компаратора не будет равна уставке. Величину постоянного сигнала измеряют с высокой точностью компенса­ тором постоянного тока. По его показаниям и судят о значении переменного сигнала.

Рис. 11.6. Структурная ехьма поверочной установки, работающей по методу компарирования

Структурная схема поверочной установки о компаратором приведена на рис. 11.6, где ИСХи ИСг — источники переменного

компенсатор. При поверке указатель поверяемого средства изме­ рений ПСИ с помощью источника сигналов и регулирующего устройства устанавливается на поверяемую отметку шкалы. Пе­ реключатели Si и S2 устанавливаются в положение 1Уи происхо­ дит компарирование. и запоминание выходной величины компа­ ратора. Далее переключатель устанавливается в положение 2 и осуществляется компарирование постоянного сигнала, значение которого регулируется устройством УР.г до тех пор, пика ранее установленное значение выходной величины компаратора не будет равно текущему значению этой величины. Момент их равенства фиксируется с помощью нуль-индикатора. Значение постоянного сигнала при этом измеряется компенсатором К• Погрешность измерения в этом случае состоит из погрешности измерения по­ стоянного тока и погрешности компарирования. Имеются про­ мышленные установки, значение погрешности измерения пере­ менного тока которых не более 0,2...0,1 % на частотах до 20 000 Гц.

Метод калибраторов. В поверительных установках, исполь­ зующих этот метод поверки, в качестве источника сигналов приме­ няются дискретные источники калиброванных сигналов. Для них характерна несколько меньшая точность поверки, обуслов­ ленная погрешностью считывания по шкале поверяемого при­ бора. Поэтому для улучшения точности поверки в некоторых ка­ либраторах наряду с дискретным изменением сигнала обеспечи­ вается возможность плавной регулировки его с целью совмеще­ ния указателя поверяемого прибора G оцифрованной отметкой шкалы. Однако в этом случае усложняется процесс считывания значений измеряемой величины. Точность установления выход­ ного сигнала в существующих калибраторах обычно не превы­ шает 0,01...0,05 % предела измерений поверяемого прибора.

11.3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОВЕРКИ СРЕДСТВ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Автоматизация поверки средств измерений в общем случаи сводится н ав­ томатизации процедуры генерации и подачи на поверяемое средство измерений испытательных сигналов, автоматизации наблюдений его выходных сигналов, обработки результатов и выдачи документов о произведенной поверке.