Методы и средства измерений и контроля. Лабораторный практикум. Учебное пособие

Результаты поверки занести в протокол.

По результатам поверки сделать вывод, выписать аттестат и оформить отчет.

Оформление отчета

1.Название и цель работы.

2.Устройство манометра.

3.Используемые средства измерений и их характеристика.

4.Метод измерений.

5.Условия выполнения измерений.

6.Схема настройки манометра.

7.Результаты измерений и расчетов, выводы.

Контрольные вопросы

1.В чем назначение и принцип действия манометров?

2.Как проводится проверка соответствия действительных значений массы грузов расчетным m номинальным значением?

3.Какова конструкция грузопоршневого манометра?

4.Какие вводятся поправки при измерении давления?

Лабораторная работа № 8. ПОВЕРКА МАНОМЕТРА ТИПА МЭД

(ПК-4)

Цель работы: ознакомить с методами измерения давления и перепада давления с помощью манометр МЭД в комплекте с электронным дифференциально-трансформаторным вторичным прибором типа ЭПИД; выполнить поверку измерительного комплекта, сделать обработку результатов измерения.

Приборы: пружинный манометр.

Краткие теоретические сведения

Оценка точности производимых измерений, то есть качество этой информационной продукции, имеет как теоретическое, так и прикладное значение.

51

Основной задачей измерений является получение информации о значениях физической величины в виде некоторого числа принятых для неё единиц. Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений, а также размером допускаемых погрешностей.

В данной лабораторной работе представлены методы проведения поверки манометра типа МЭД.

ГОСТ 8.271-77 "Средства измерений давления. Термины и определения" устанавливает термины и определения понятий в области средств измерений давления.

Манометр согласно ГОСТ 8.271-77, измерительный прибор

1)манометр абсолютного давления - это манометр для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля;

2)барометр - это манометр абсолютного давления для измерения давления околоземной атмосферы. Барометр с непрерывной записью показаний называется барографом;

3)манометр избыточного давления - это манометр для измерения разности между абсолютным давлением, большим абсолютным давлением окружающей среды, и абсолютным давлением окружающей среды. В большинстве случаев абсолютным давлением окружающей среды является атмосферное давление. Ма-

нометр избыточного давления в газовых средах с верхним пределом измерения не более 40 000 Па (4 000 кгс/с2) называется напоромером;

4)вакууметр - манометр для измерения давления разреженного газа. Вакууметр для измерения давленияразреженного

газа с верхним пределом измерения не более 40 000 Па (4 000 кгс/с2) называется тягомером;

5) мановакуумметр - манометр для измерения избыточного давления и давления разреженного газа. Мановакуумметр для газовых сред с верхним пределом измерения не более 20 000 Па (2 000 кгс/см2) называется тягонапоромером;

52

6)дифференциальный манометр - манометр для измерения

разности двух давлений. Дифманометр с верхним пределом измерения не более 40 000 Па (4 000 кгс/с2) называется микроманометром;

7)измерительный преобразователь давленияпервичный измерительный преобразователь, воспринимающий непосредственно измеряемое давление и преобразующий его в другую физическую величину;

8)измеритель парциального давления - манометр для измерения давления, которое оказывал бы один из газов, входящих в газовую смесь, если бы из неё были удалены остальные газы, при условии сохранения первоначального объёма и температуры.

Виды манометров по принципу действия:

− жидкостный манометр - манометр, принцип действия которого основан на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений, давлением столба жидкости;

− u-образный манометр - жидкостный манометр, состоящий из сообщающихся сосудов, в которых измеряемое давление определяют по одному или нескольким уровням жидкости;

− компрессионный манометр - жидкостный манометр, в котором для измерения абсолютного давления разреженного газа последний подвергается предварительному сжатию ртутью;

− колокольный манометр - манометр, давление в котором определяется по перемещению колокола, погружённого в жидкость, или развиваемой им силы от измеряемого давления;

− кольцевой манометр - дифференциальный манометр, измеряемая разность давлений в котором определяется по углу поворота кольцевого корпуса или по моменту силы, создаваемому подвешенным к корпусу грузом;

− грузопоршневой манометр - манометр, принцип действия которого основан на уравновешивании измеряемого давления давлением, создаваемым весом поршня с грузоприёмным устройством, и грузов с учётом сил жидкостного трения;

− деформационный манометр - манометр, принцип действия которого основан на зависимости деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления;

53

−мембранный манометрдеформационный манометр, в котором чувствительным элементом является мембрана или мембранная пробка;

−сильфонный манометрдеформационный манометр, в котором чувствительным элементолм является сильфон;

−трубчато-пружинный манометр - деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является трубчатая пружина;

−манометр с вялой мембранойдеформационный манометр, в котором измеряемое давление воспринимается вялой мембраной и преобразуется в силу, уравновешиваемую дополнительным устройством;

−электрический манометрманометр, принцип действия которого основан на зависимости электрических параметров преобразователя давления от измеряемого давления;

−пьезоэлектрический манометр - электрический манометр, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от измеряемого давления;

−манометр сопротивленияэлектрический манометр, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от измеряемого давления;

−ионизационный манометр, электрический манометр, принцип действия которого основан на зависимости тока положительных ионов, образованных в результате ионизации молекул разреженного газа, от измеряемого давления;

−электрический ионизационный манометрионизационный манометр, в котором ионизация газа осуществляется электронами, ускоряемыми электрическим полем;

−магнитный электроразрядный манометр - ионизационный электрический манометр, принцип действия которого основан на зависимости тока электрического разряда в магнитном поле от измеряемого давления;

−радиоизотопный манометр - ионизационный манометр, в котором для ионизации газа применяют излучение радиоизотопных источников;

54

−тепловой манометр - электрический манометр, принцип действия которого основан на зависимости теплопроводности разреженного газа от давления;

−термопарный манометр - тепловой манометр, в котором использована зависимость ТЭДС термопары от измеряемого давления;

−вязкостный манометрэлектрический манометр, принцип действия которого основан на зависимости вязкости разреженного газа, определяемой движением в нём твёрдого тела, от измеряемого давления;

- сигнализатор давления - средство контроля, начинающее или прекращающее выдавать выходной сигнал при достижении заданного давления.

2. Общие сведения о манометре МЭД. Манометр МЭД с электрической передачей показаний на расстояние предназначен для дистанционного измерения, записи и регулирования избыточного давления или разрежения нейтральных некристаллизирующихся жидких или газообразных сред, не вызывающих разрушение материала чувствительного элемента. Именно эти среды и являются объектом измерения (ОИ) для СИ типа МЭД.

Принцип действия прибора основан на преобразовании упругой деформации одновитковой трубчатой пружины в электрический сигнал, передаваемый индукционным датчиком на вторичный прибор.

Действие манометра типа МЭД основано на использовании деформации упругого чувствительного элемента при воздействии на него измеряемого давления (рисунок).

55

Рисунок. Пружинный манометр: 1 – корпус; 2 – трубка;

3– шкала; 4 – стрелка; 5 – трубка; 6 – зубчатый сектор; 7 – поводок; 8 – штуцер; 9 – спиральная пружинка

Компенсация температурной погрешности, вызванной изменением линейных размеров деталей, осуществлена подбором металлов с определенными коэффициентами линейного расширения.

Устройство простейшего пружинного манометра представлено на рис. 1. Чувствительный элемент прибора, воспринимающий сигнал давления, выполнен в форме согнутой по кругу на угол 270 полой трубки 2 с поперечным сечением в виде эллипса или плоского овала. Один конец трубки свободный и наглухо закрыт, а другой конец ее впаян в держатель, который присоединяется к источнику измеряемого давления при помощи штуцера8. Закрытый конец трубки поводком 7 соединен с зубчатым сектором 6, который сцеплен с маленькой шестеренкой(трубкой) 5, сидящей на одной оси с указывающей стрелкой4. Под действием избыточного давления трубка изгибается, закрытый (свободный) конец трубки перемещается и тянет поводок 7, который поворачивает связанный с ним зубчатый сектор6. Перемещаясь, зубчатый сектор вращает трубку 5 с насаженной на ее ось стрелкой,

56

указывающей по шкале 3 величину измеряемого давления. Чтобы избежать мертвого хода между зубцами сектора и трубкой, применена спиральная пружинка9, прижимающая трубку к одной стороне зубцов сектора. Указанные элементы смонтированы в корпусе 1. Манометры регулируют изменением длины поводка и перемещением точки его соединения с хвостовиком зубчатого сектора.

Прибор типа МЭД поставляется в комплекте с вторичным электрическим дифференциально-трансформаторным прибором типа ЭПИД. Указанные приборы можно применять во взрывобезопасных помещениях, при температуре окружающей среды 0-50 оС относительной влажности не свыше80 %. Основная погрешность не более ±2,5 %.

Питание МЭД осуществляется со стороны вторичного прибора, потребляемая мощность которого составляет 75 Вт.

Порядок выполнения работы

1. Поверка манометра МЭД в комплекте с вторичным прибором ЭПИД. При проведении поверки должны быть выполнены следующие операции:

-внешний осмотр;

-опробование;

-определение погрешности манометра.

При проведении поверки следует использовать средства поверки:

-манометр типа МЭД;

-прибор ЭПИД;

-образцовый манометр (со шкалой аналогичной прибору)

МЭД;

- гидравлический пресс.

При проведении поверки должны быть соблюдены - сле дующие условия:

- температура воздуха в помещении при поверке маномет-

ра должна быть (20±5) оС, при скорости изменения ее не более

0,3 оС/ч;

57

-измерение температуры воздуха в помещении должно производиться на расстоянии не более0,5 м от поверхности стола, на котором установлены приборы;

-относительная влажность окружающего воздуха должна быть от 30 до 80 %;

- стол поверяемого и образцового манометров должен иметь основание, исключающее влияние тряски и вибрации;

- рабочая среда по паспорту. Внешний осмотр:

а) выдержка под давлением Рmax 1-2 мин (образцовые - 5 мин);

б) товарный знак предприятия-изготовителя; в) наименование и тип прибора;

г) порядковый номер манометра по системе нумерации предприятия изготовителя;

д) год выпуска.

Устанавливается указатель на нулевую отметку. Определяются погрешности и вариации показаний. Выбирается число поверяемых отметок шкалы:

а) шкалы - 0,02; 0,5; 0,6 - не менее 8 отметок; б) шкалы - 1,0; 1,5; 2,5 - не менее 5 отметок; в) шкалы - 4,0; 6,0 - не менее 3 отметок.

Поверка выполняется путём сравнения показаний, снятых по шкале вторичного прибора ЭПИД, с показаниями образцового манометра, установленного на гидравлическом прессе.

Поверка производится не менее чем в пяти точках, расположенных равномерно по шкале прибора. Отсчёт показаний в каждой точке выполняется дважды, сначала при увеличении давления (прямой ход), затем при его уменьшении(обратный ход). При достижении предельной точки шкалы прибор выдерживается в течение 5 мин, после чего производится проверка показаний в тех же точках в обратном порядке.

Прежде чем приступить к поверке прибора, необходимо прогреть ЭПИД в течение10-15 мин. После этого производят проверку установки электрического нуля путём нажатиякон трольной кнопки на приборе ЭПИД "Контроль", при этом стрелка

58

прибора должна установиться против контрольного индекса, который соответствует приблизительно 70 % верхнего предела шкалы.

2. Обработка результатов измерения. Протокол работы.

Поверка пружинного манометра МЭД в комплекте с -вто ричным прибором ЭПИД.

Дано: манометр поверяемый № 9539, Предел измерения 0-1,6 кгс/см2, Тип - МЭД, класс точности - 1,5. Манометр образцовый № 7538, Предел измерения 0-1,6 кгс/см2, Класс точности - 0,15.

Найти СКО и доверительную границу НСП. Результаты измерения при поверке занести в табл. 1.

На следующем этапе провести обработку результатов -на блюдений.

Сделать ряд наблюдений при измерении и занести данные в табл. 2.

59

Находим среднее арифметическое значение по формуле

n

åxi

x= i =1

n ,

где xi – i-е значение наблюдений; n – число наблюдений;

x = 0,400 + 0,401 + 0,403 = 0,401 кгс/см2. 3

Доверительная граница неисключённой систематической погрешности (НСП) результата измерения Θ(Р) вычисляется по формуле

где К (Р) – коэффициент, определяемый принятой Р и числом n составляющих НСП: Θj – найденные нестатическими методами границы j-й составляющей НСП.

При Р = 0,99 значение К (Р) следующие (табл. 3).

Упрощённо формулу (1) можно записать в следующем виде

Θ(P )= K (P ) x(max - xmin )2 + x(max - xi )2 + x(i - xmin )2 ,

где К (Р) – коэффициент (табл. 3); xmax – максимальное значение наблюдений; xmin – максимальное значение наблюдений; xi – i-е значение;

Θ(P )=1,30 (0,403 - 0,400)2 + 0(,403 - 0,401)2 + 0(,401 - 0,400)2 = = 0,005 кгс/см2.

60