Измерительные преобразователи давления. Поверка и калибровка. Конспект лекций

Допускается проведение поверки в тех случаях, когда отношение α предела погрешности поверки γэ к пределу допускаемой погрешности поверяемого преобразователя γ не превышает 0,5:

αγγэ 0,5 .

Вметодике заложены в соответствии с МИ 188–86 следующие критерии достоверности результатов поверки:

δмax = 1,25 – максимальное значение отношения погрешности преобразователя, ошибочно признанного годным при поверке, γmax к пределу допускаемого значения погрешности γ. Таким образом гарантируется, что погрешность ошибочно признанного годным преобразователя не будет превышать 1,25γ;

Pмax = 0,2 – наибольшая вероятность ошибочного признания дефектного преобразователя годным.

Поверяемый преобразователь признается годным, если выполняется условие

γд γк γ ,

где γд – измеренное значение приведенной погрешности поверяемого преобразователя;

γк – относительный контрольный допуск; γ – предел допускаемой основной приведенной погрешности

поверяемого преобразователя.

Для определения значения относительного контрольного допуска γк в МИ 1997 приведена таблица:

21

При поверке рассчитывается значение α γγэ .

Значение контрольного допуска γк выбирается из таблицы для ближайшего большего значения α.

Условия поверки

Условия поверки соответствуют требованиям к условиям испытаний ГОСТ 22520–85.

Температура окружающего воздуха (23 ± 2) °С. Относительная влажность окружающего воздуха 30…80 %. Давление в помещении, где проводят поверку, 84…106,7 кПа

(630…800 мм. рт. ст). Колебания давления окружающего воздуха, которые могут привести к отличию давления, воспринимаемого эталонным средством и поверяемым преобразователем, должны отсутствовать.

Вибрация, тряска, удары, наклоны и магнитные поля, кроме земного, влияющие на работу преобразователя, должны быть исключены.

Напряжение питания номинальное ±2 % (36 ± 0,72) В. Пульсации напряжения питания не более ±0,5 % от номинального.

Сопротивление нагрузки:

(500 ± 50) Ом для преобразователей с выходным сигналом

0…20 мА и 4…20 мА;

(1200 ± 50) Ом для преобразователей с выходным сигналом

0…5 мА.

Рабочая среда для давлений до 2,5 МПа включительно – воздух или нейтральный газ, более – жидкость.

Допускается использовать жидкость при поверке преобразователей с верхними пределами 0,4…2,5 МПа при условии тщательного заполнения системы жидкостью, воздух – при поверке преобразователей с верхними пределами до 60 МПа.

Примечание. В методиках поверки измерительных преобразователей давления указывается требование к температуре воздуха (23 ± 2) °С.

22

Выпускаемые в Российской Федерации грузопоршневые манометры обеспечиваю пределы погрешности, соответствующие классу точности при следующих условиях:

класс точности 0,005 – (20 ± 0,5) ºС; класс точности 0,01 – (20 ± 1) ºС; класс точности 0,02 – (20 ± 2) ºС; класс точности 0,05 – (20 ± 5) ºС.

В тех случаях, когда температура окружающей среды выходит за эти пределы, необходимо вводить поправку.

Для поршневой пары, выполненной из стали,

p 3 10 5 (20 t) p .

Для поршневой пары, выполненной из карбида вольфрама,

p 9 10 6 (20 t) p ,

где р – величина поправки;

t – температура окружающей среды;

р – номинальное давление, создаваемое грузами.

Методика поверки МИ 1997–89 распространяется на измерительные преобразователи типа «Сапфир» с пределами допускаемой основной погрешности не менее ±0,2 %. В таких случаях применяются грузопоршневые манометры класса точности 0,05. Отсутствует необходимость введения поправки.

В настоящее время широкое применение находят преобразователи давления с пределами основной допускаемой приведенной погрешности ±0,1 % и менее. При этом при поверке необходимо использовать грузопоршневые манометры класса точности 0,02 и 0,01. Соответственно при температуре окружающего воздуха (23 ± 2) ºС необходимо вводить поправку.

Например, при температуре 23 ºС для поршневой пары, выполненной из стали, поправка составит

p 3 10 5 (20 23) p 9 10 5 p 0,009 % p .

23

Подготовка к поверке

Перед поверкой преобразователи должны быть выдержаны при температуре поверки не менее 3 часов.

Перед поверкой преобразователи должны быть выдержаны после включения питания не менее 0,5 часа.

Преобразователи должны быть установлены в рабочее положение.

Система должна быть проверена на герметичность.

Операции поверки

Внешний осмотр

Опробование

Проверяется работоспособность: изменяется давление от нижнего до верхнего предельных значений, при этом должно наблюдаться изменение выходного сигнала.

При проверке работоспособности преобразователей давленияразрежения работоспособность проверяют только при избыточном давлении.

Работоспособность преобразователей разрежения с верхним пределом 100 кПа проверяют при изменении разряжения до значения 0,9 атмосферного давления (не менее).

Проверяется функционирование корректора нуля. При давлении в соответствии с технической документацией корректором нуля возвращают показания к начальному значению. Сбрасывает давление и корректором выходной сигнал возвращают показания к начальному значению.

Герметичность рекомендуется проверять одновременно с определением основной погрешности.

Определение основной погрешности и вариации при линейной возрастающей функции преобразования

Вариацию не определяют, если предел ее опускаемого значения меньше или равен половине предела допускаемой основной погрешности.

24

Погрешность определяется в 5 точках диапазона измерения, включая начальную и конечную. Интервал между точками не более 30 % диапазона измерения.

Согласно ГОСТ 22520–85 при приемо-сдаточных испытаниях погрешность определяют не менее чем при 5 значениях измеряемой величины.

Внекоторых методиках (методики поверки преобразователей давления типа «Метран» и Rosemount 3051S) допускается сокращать число точек диапазона измерения, в которых определяется погрешность, до 4 и даже до 3, что нельзя считать допустимым.

Перед поверкой при необходимости корректируют значения выходного сигнала при нижнем и верхнем значениях измеряемой величины.

Погрешность определяют при прямом и обратном ходе. Перед обратным ходом преобразователь выдерживается при верхнем предельном значениях давления не менее 1 минуты.

Значения измеряемого параметра, при котором определяют погрешности при обратном ходе, могут отличаться от значений при прямом ходе не более чем на 5 % от ширины диапазона измерений.

Всоответствии с МИ 1997–89 погрешность может определяться тремя способами:

1 – по выходному сигналу;

2 – по значению измеряемой величины;

3 – сравнением выходных сигналов поверяемого и эталонного преобразователя.

На практике применяется первый способ.

При определении погрешности по первому способу по эталону давления устанавливают номинальное значение давления и определяют значения выходного сигнала. Погрешность рассчитывается по формулам:

при прямом измерении тока

25

где I и U – значения тока или напряжения, определенные эталонным прибором;

N – значение цифрового выходного сигнала;

Ip и Up – расчетные значения тока или напряжения.

Знаки «+» и «–» соответствуют значениям, полученным при прямом и обратном ходе.

26

При втором способе определения погрешности (по входу) изменяется давление, по эталонному средству измерения выходного сигнала устанавливается расчетное значение, а по эталонному средству измерения давления определяется действительное значение давления рд.

Рассчитываются погрешность и вариация:

γд рном рд 100 ;

рm

γг рд рд 100 ,

рm

где рном – номинальное значение измеряемого давления при расчетном значении выходного сигнала;

рд – действительное значение давления.

Внастоящее время при поверке преобразователей давления широко применяются калибраторы. В состав калибратора входят эталонный преобразователь давления и средство измерения выходного тока поверяемого преобразователя. Погрешность вычисляется автоматически.

Втех случаях, когда установленные давления при прямом

иобратном ходе отличаются друг от друга в пределах 5 %, вариация вычисляется по формуле

γг γд γд ,

где γд– и γд+ – значения приведенной погрешности соответственно при обратном и прямом ходе.

Согласно МИ 1997–89 погрешность при периодической поверке определяют в два цикла: до корректировки диапазона выходного сигнала и после корректировки. Если в первом цикле погрешность превышает δmax γ 1,25γ , преобразователь бракуют.

Во втором цикле преобразователь бракуют, если γд превышает

γ к γ.

27

Фактически на практике первый цикл не проводят, так как при длительных межповерочных интервалах погрешность практически всегда превышает δмаx∙γ. Например, нестабильность преобразователя давления Rosemount 3051S (исполнение «Classik») согласно технической документации составляет 0,125 от pmax за 5 лет при пределе допускаемой основной погрешности 0,055 %.

Межповерочный интервал – 4 года.

Чтобы пройти поверку с положительным результатом, предварительно перед поверкой преобразователи должны быть настроены.

5. КАЛИБРОВКА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ В СООТВЕТСТВИИ

СРУКОВОДСТВОМ EURAMET CG-17

Кэлектромеханическим средствам измерений давления Руководство EURAMET cg-17 относит следующие средства измерений:

преобразователи (trasdusers);

датчики (trusmitters);

манометры с цифровой и аналоговой индикацией.

Преобразователи (trasdusers)

Преобразователи преобразуют измеряемое давление в электрический аналоговый сигнал, пропорциональный давлению.

Выходные сигналы могут быть в виде:

напряжения;

тока;

частоты.

Для функционирования преобразователи нуждаются в непрерывном стабилизированном электропитании в зависимости от ожидаемой неопределенности калибруемого преобразователя.

28

Датчики (trusmitters)

Датчики включают в себя преобразователи (trasdusers) давления, модули кондиционирования и усиления сигнала преобразователя.

Для функционирования преобразователи нуждаются в непрерывном электропитании. Но отсутствуют жесткие требования к стабилизации напряжения питания.

В зависимости от модели выходная информация может быть представлена в виде:

напряжения (5 В, 10 В, …);

тока (4–20 мА, …);

частоты;

в цифровом формате (RS 232, …).

Манометры с цифровой и аналоговой индикацией

Этот тип манометров является комплексным средством измерений, показания которого выражены в единицах давления.

Состав манометров с цифровой индикацией:

преобразователь давления;

нормирующий аналоговый преобразователь;

аналого-цифровой преобразователь;

микропроцессорное устройство;

цифровое отсчетное устройство (индикатор);

источник питания.

Состав манометров с аналоговой индикацией:

преобразователь давления;

нормирующий аналоговый преобразователь;

аналоговое отсчетное устройства (индикатор);

источник питания.

Эти элементы могут быть размещены в одном корпусе или составлять отдельные устройства, один из которых преобразователь (trasduser). Манометры могут также иметь аналоговые

29

и/или цифровые порты. В таких случаях необходимо проводить калибровку по каждому выходному сигналу.

Методика калибровки должна соответствовать требованиям заказчика.

В соответствии с Руководством EURAMET cg-17 используемая методика калибровки зависит от ожидаемой точности средства измерений в соответствии с требованиями заказчика.

Базовая методика для случаев, когда ожидаемая расширенная неопределенность U > 0,2 % шкалы, – калибровка проводится при 6 точках шкалы при повышении и понижении давления. Повторяемость определяется из трех измерений при одном давлении (предпочтительно 50 % шкалы).

Стандартная методика при ожидаемой расширенной неопределенности 0,05 % ≤ U ≤ 0,2 % шкалы – калибровка проводится в 11 точках шкалы однократно при повышении и понижении давления. Повторяемость определяется при четырех давлениях (предпочтительно 0, 20, 50, 80 % шкалы).

Расширенная (полная) методика при ожидаемой расши-

ренной неопределенности U < 0,05 % шкалы – калибровка проводится в 11 точках шкалы в трех сериях измерений при повышении и понижении давления.

Отношение инструментальной неопределенности эталона давления (если возможно) должно быть 0,5 или менее неопределенности калибруемого средства измерений.

При оценке неопределенности калибровки цифрового манометра учитываются следующие составляющие:

неопределенность эталона давления;

разрешающая способность отчетного устройства;

нестабильность нуля;

повторяемость;

гистерезис.

При оценке неопределенности калибровки датчика (trusmitter) учитываются следующие составляющие:

30