Калибровка средств измерений давления. Конспект лекции

Диапазон отклонений (возможная максимальная погрешность):

Uвверх/вниз Uвверх/вниз pвверх/вниз .

Uвверх/вниз .– расширенная неопределенность значений погрешности, полученных при увеличении и уменьшении давления.

pвверх/вниз средн. – значения погрешности при увеличении и уменьшении давления.

Для средних значений

Причем для расчета неопределённости измерений и вверх/вниз берется большее значение сходимости измерений

Диапазон отклонений (возможная максимальная погрешность):

U Uсредн. pсредн. ,

где Uсредн. – расширенная неопределенность среднего значения.

Диапазон отклонений служит характеристикой точности измерений.

Пример визуализации результатов калибровки приведен в Приложении 2.

Форма бюджета неопределенности при калибровке из DKD-R 6-1 приведена в таблице 2.

Рекомендуемые сроки последующий калибровки в соответствии с DKD-R 6-1

За определением и соблюдением разумного срока последующей калибровки отвечает пользователь. При обычных условиях применения рекомендуются следующие сроки:

11

грузопоршневый манометр – 5 лет;

манометр с пружиной Бурдона, класс > 0,6 – 2 года;

электрические приборы для измерения давления > 0,5 % от диапазона измерений – 2 года;

преобразователи давления с электрическим выходным сигналом

>0,5 % от диапазона измерений – 2 года;

манометр с пружиной Бурдона, класс ≤ 0,6 – 1 год.

электрические приборы для измерения давления класс ≤ 0,5 % от диапазона измерений –1 год;

преобразователи давления с электрическим выходным сигналом класс ≤ 0,5 % от диапазона измерений –1 год.

12

4. Сравнение инструкции DKD–R 6–1 и российских нормативных документов по поверке средств измерений давления

Операции калибровки манометров класса точности грубее 0,6 по инструкции DKD-R 6-1 практически полностью совпадают с операциями поверки манометров в соответствии МИ 2124‒90 «ГСИ. Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры, показывающие и самопишущие. Методика поверки».

Отличается форма таблицы результатов измерений, приведен другой порядок обработки результатов измерений и необходимость оценки неопределенности.

В соответствии с МИ 2124 при поверке манометров класса точности 1,0; 1,5 (1,6) и 2,5 погрешность определяется не менее чем при 5 значениях давления, включая нижнее и верхнее предельные значения, что соответствует требованиям DKD-R 6-1 (последовательность С).

При калибровке манометров с пружиной Бурдона в соответствии с DKD-R 6-1 возможное влияние трения на стрелочное устройство может быть сведено до минимума посредством лёгкого постукивания.

При поверке в соответствии с методикой МИ 2124 постукивание не производится.

Постукивание предусматривается в соответствии в МИ 2102–90 и МИ 2145–91 при проведении градуирования и поверки образцовых (эталонных) манометров с условной шкалой. При этом отклонение стрелки после постукивания в этих документах нормируется.

В отличие от DKD-R 6-1 в соответствии с МИ 2124 не определяется значение вариации при верхнем пределе измерений и при нулевом давлении. Проверяется нахождение стрелки на нулевой отметке.

При поверке манометров класса точности 0,6 и точнее в соответствии с МИ 2124 погрешность определяется не менее чем при 8 значениях давления.

13

В соответствии DKD-R 6-1 при желаемой неопределённости измерений калибруемого средства измерений давления в пределах 0,1 и 0,6 измерения проводятся не менее чем при 9 значениях давления. Кроме того, при калибровке определяется сходимость.

Для обеспечения более быстрого возвращения показаний в «ноль» согласно DKD-R 6-1 при последовательности В проводится 2 предварительные нагрузки чувствительного элемента, при последовательности А – 3 предварительные нагрузки.

Проведение измерений при калибровке и обработка результатов измерений в соответствии с последовательностью B несколько напоминает градуирование эталонного манометра с условной шкалой в соответствии с МИ 2102–90 «ГСИ. Манометры и вакуумметры деформационные образцовые с условными шкалами. Методика градуирования».

Если при градуировании в соответствии с МИ 1202 проводится два полных цикла повышения и понижения давления, то при калибровке

в соответствии с последовательностью B DKD-R 6-1 сходимость определяется путем проведения 2 рядов измерений при повышении давления. При понижении давления проводится только один ряд измерений. Возможно, такая методика вызвана тем, что в случаях, когда в качестве рабочего эталона используется грузопоршневой манометр, трудно обеспечить плавное непрерывное снижение давления. При этом могут быть получены некорректные значения сходимости (в МИ 2102 сходимость названа «размахом»).

ВПриложении 3 приведена оценка неопределенности градуирования эталонного манометра класса точности 0,4, признанного годным. Расширенная неопределенность градуирования, полученная раздельно при увеличении и уменьшении давления, не превышает 0,20 %. Расширенная неопределенность градуирования средних значений не превышает 0,30 %.

Всоответствии с последовательностью A проводится калибровка измерительных преобразователей с аналоговыми и цифровыми

14

выходными сигналами, а также высокоточных цифровых манометров. Согласно DKD-R 6-1 при калибровке определение погрешности проводится не менее чем при 9 значениях давления. Проводится 2 серии измерений при повышении и понижении давления. Если результаты измерений могут зависеть от крепления, проводится дополнительная серия при другом закреплении.

В соответствии с МИ 1997‒1989. «ГСИ. Преобразователи давления измерительные. Методика поверки» определение погрешности проводится не менее чем при 5 значениях давления. При каждом давлении проводится только одна серия при повышении и понижении давления. Более того, в некоторых методиках поверки, например МП 207.2-005–2016 «Преобразователи давления измерительные 3051S. Методика поверки», приводится такой текст:

«m ‒ число поверяемых точек от нижнего до верхнего предела

измерений, m ≥ 5; в обоснованных случаях и при отсутствии эталонов с необходимой дискретностью воспроизведения измеряемой величины допускается уменьшать число поверяемых точек до 4 или 3».

5. Примеры результатов калибровки средств измерений давления

Далее по тексту приведены результаты калибровки средств измерений давления в соответствии с последовательностями C, B и A

споследовательностью C, т.е. манометра с ожидаемым максимальным значением диапазона отклонений (максимально возможной погрешностью измерений) 1,5 %.

Во втором примере приведены результаты калибровки манометра

струбкой Бурдона класса точности 0,4 с именованной шкалой, т.е.

сожидаемым максимальным значением диапазона отклонений

15

(максимально возможной погрешностью измерений) 0,4 %

всоответствии с последовательностью B.

Втретьем примере приведены результаты калибровки измерительного преобразователя давления с цифровым выходным сигналом и ожидаемым максимальным значением диапазона отклонений (максимально возможной погрешностью измерений) менее 0,1 % в соответствии с последовательностью A.

Обработка результатов измерений проведена с использованием программы Excel. Визуализация результатов измерений проведена в форме биржевой диаграммы программы Excel.

Во всех примерах предполагается, что рабочий эталон поверен. Закон распределения погрешности неизвестен. Распределение принимается равномерным (прямоугольным). В тех случаях, когда рабочий эталон был калиброван, в сертификате калибровки указывается его инструментальная стандартная неопределенность.

5.1. Результаты калибровки манометра с трубкой Бурдона класса точности 1,5

Калибруемый манометр:

Верхний предел измерений: pmax = 10 кгс/см2; Класс точности: γо = 1,5 %; Цена деления шкалы: 0,2 кгс/см2.

Рабочий эталон:

Калибратор Метран-515.

Верхний предел измерений: рв = 25 кгс/см2.

Предел допускаемой основной приведенной погрешности: γэ = 0,05 %.

При использовании современных цифровых эталонных средств удобней определение погрешности проводить по методу (б) МИ 2124–90. Стрелку поверяемого прибора устанавливают на проверяемую отметку шкалы, а действительное давление отсчитывают по образцовому прибору (рабочему эталону).

16

Результаты измерений

рΔ+U -U

Вывод: диапазон отклонений не превышает 1,5 %. Манометр соответствует своему классу точности.

17

Оценка неопределенности для ступени давления 4,0 кгс/см2

Уравнение измерения

pсредн. pпоказ. pэталон.средн.

δpпогр.нуля δpвариацияпоказаний

где ∆рсредн. – погрешность среднего значения показаний манометра.

Вычисления

1) Пределы основной допускаемой абсолютной погрешности эталона

pэталон γэ 100p 0,0510025 0,0125 кгссм2 ,

где γэ – предел допускаемой приведенной погрешности эталона, численно равный классу точности.

Ширина распределения 2∙Δрэталон = 0,025 кгс/см2

2) Стандартная неопределенность при равномерном законе распределения погрешности

.

uэталон 2 э 0,025 0,00722 кгс/см2 2 3 2 3

3) Погрешность отсчета показаний поверяемого манометра (установки указателя на поверяемую отметку) в соответствии с МИ 2124 не должна превышать 0,1 цены деления. Тогда

q = ±0,1∙0,2 = ±0,02 кгс/см2.

Ширина распределения 2∙q = 0,04 кгс/см2.

4) Стандартная неопределенность, обусловленная отсчетом показаний поверяемого манометра

18

6) Стрелка манометра при нулевом избыточном давлении после цикла калибровки находится на нулевой отметке.

Погрешность нуля 0 = 0.

Бюджет неопределенности для ступени давления 4,0 кгс/см2.

7) Суммарная стандартная неопределенность

19

uс uэталон2 uотчет2 uвариация2

8) Расширенная неопределенность калибровки

U= 2uc = 2∙0,0205 = 0,041 кгс/см2.

9)Диапазон отклонений

ǀǀ + U = 0,05 + 0,041 = 0,091 кгс/см2.

5.2.Результаты калибровки манометра с трубкой Бурдона

класса точности 0,4 с именованной шкалой

Калибруемый манометр:

Диапазон измерений: pmin = 0 кгс/см2; pmax = 10 кгс/см2; Класс точности: γо = 0,4 %; Цена деления шкалы – 0,05 кгс/см2.

Расстояние между отметками 2 мм: < 2,5 мм. Отсчет можно проводить с погрешностью не менее 1/5 цены деления, т.е. 0,01кгс/см2.

Рабочий эталон:

Калибратор Метран-515.

Верхний предел измерений: рв = 16 кгс/см2 Предел допускаемой основной приведенной погрешности: γэ = 0,05 %.

Результаты измерений

20