Поверка и калибровка средств измерения массы. Часть 1. Начальные сведения об измерении массы. Учебное пособие

где FM — сила, действующая на весоизмерительное устройство; FL — сила, действующая на грузоприемное устройство.

4.Тип весов — отличительная модель весов или модуля (включая семейство весов или модулей), у которой должным образом определены все элементы, влияющие на метрологические свойства.

5.Семейство весов — распознаваемая группа весов или модулей, принадлежащих одному и тому же выпускаемому типу, которая имеет одни и те же особенности конструкции и метрологические принципы измерения (один и тот же тип индикатора, один и тот же тип конструкции весоизмерительного датчика и грузопередающего устройства), но отличающаяся некоторыми метрологическими и техническими характеристиками (Max, Min, e, d, класс точности, …).

П р и м е ч а н и е:

Концепция «семейства весов» позволяет уменьшить количество испытаний при оценке типа.

В одном сертификате возможно приведение сведений о нескольких семействах.

6. Погрешность (индикации) — разность между показанием весов и истинным значением условной массы соответствующей эталонной гири.

Погрешность основная — погрешность весов, определённая при нормальных условиях.

Погрешность основная первоначальная — основная погрешность весов, определенная до проведения эксплуатационных испытаний и испытаний на стабильность диапазона.

Предел допускаемой погрешности (mpe) — наибольшее значение погрешности весов, устанавливаемое стандартом, при котором весы ещё признаются годными к применению.

Ошибка — разность между погрешностью и основной погрешностью весов.

П р и м е ч а н и е:

Принципиально то, что ошибка представляет собой результат нежелательных изменений данных, содержащихся или проходящих через электронные весы.

41

Промах — ошибка, превышающая значение е.

П р и м е ч а н и я:

1.Для многоинтервальных весов значение е должно соответствовать своему интервалу взвешивания.

2.Ошибки, превышающие е, не считаются промахами, если:

они обусловлены появившимися в весах одновременными и взаимно независимыми причинами;

из-за них становится невозможно выполнять измерения; они настолько очевидны, что не могут остаться не замеченными

всеми заинтересованными в результате измерений сторонами; временные появления промахов связаны с мгновенными изменени-

ями показаний, которые не могут быть объяснены, запомнены или переданы в качестве результата измерения.

Погрешность старения — разность между основной погрешностью весов после некоторого периода их эксплуатации и их первоначальной основной погрешностью.

Погрешность старения существенная — погрешность старения большая, чем е.

П р и м е ч а н и я:

1.Погрешность старения может быть обусловлена механическим износом или вызвана дрейфом и/или старением электронных компонентов. Термин «существенная погрешность старения» применим только к электронным компонентам.

2.Для многоинтервальных весов значение е должно соответствовать своему интервалу взвешивания.

3.Погрешности старения, превышающие е, не считаются существенными, если они возникли после периода эксплуатации весов и однозначно обусловлены отказом устройства, компонента или воздействием помехи, вследствие чего показания:

не могут интерпретироваться, запоминаться или передаваться в качестве результата измерений,

или подразумевают невозможность выполнения каких-либо измерений,

или настолько очевидно ошибочны, что они не могут остаться не замеченными всеми заинтересованными в результате измерений сторонами.

Стабильность градуировки — способность весов на протяжении периода эксплуатации сохранять в заданных пределах раз-

42

ность между показанием весов при максимальной нагрузке и показанием весов без нагрузки.

На рис. 13 перечисленные термины проиллюстрированы.

Рис. 13. Термины, используемые при задании или определении погрешности весов

На рис. 13:

m — измеряемая масса;

Е — погрешность индикации;

mpe1 — пределы допускаемой погрешности при поверке; mpe2 — пределы допускаемой погрешности в эксплуатации; С — характеристика при нормальных условиях; С1* — характеристика при наличии влияющих факторов** и

помех***;

ESP — погрешность индикации, оцененная при проверке стабильности диапазона;

I — основная погрешность;

V — изменение погрешности индикации при проверке стабильности градуировки;

43

— среднее значение погрешности в первом измерении при проверке стабильности диапазона;

ESPi, ESPk — некоторые другие погрешности;

— максимальные значения погрешности, оцененные в различные моменты времени при проверке стабильности градуировки;

V = ESPm – ESPn.

П р и м е ч а н и я:

*предполагается, что влияющий фактор и помеха влияют на характеристику, которая не является случайной;

**влияющий фактор — влияющая физическая величина, имеющая значение, соответствующее назначенным условиям эксплуатации весов;

влияющая величина — физическая величина, которая не является объектом измерений, но которая оказывает влияние на значение измеряемой величины или показание весов;

назначенные условия эксплуатации — условия эксплуатации, устанавливающие диапазон значений влияющих величин, при которых метрологические характеристики весов не выходят за значения пределов допускаемой погрешности;

*** помеха — влияющая физическая величина, имеющая значение, лежащее в установленных данным стандартом пределах, но за пределами назначенных условий эксплуатации.

Вопросы для закрепления знаний по теме 2

1.Что такое «метрологическое свойство»? Перечислите метрологические свойства рычажных весов.

2.Что такое «метрологическое свойство»? Перечислите метрологические свойства безрычажных весов.

3.Что такое «метрологическая характеристика»? Перечислите метрологические характеристики рычажных весов.

4.Что такое «метрологическая характеристика»? Перечислите метрологические характеристики безрычажных весов.

5.Выведите условие, обеспечивающее «правильность» неравноплечих рычажных весов.

6.Что такое «вариация» показаний рычажных весов? Как ее оценить?

7.Что такое «сходимость» показаний рычажных весов? Что влияет на «сходимость»?

44

8.В чем отличие «реальной» и «номинальной» характеристик

весов?

9.Расскажите о погрешности из-за влияния «помехи» в безрычажных весах.

10.Расскажите о погрешности при проверке стабильности показаний безрычажных весов.

11.Расскажите о градуировочной характеристике весов.

45

Т е м а 3. КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ

3.1.Общая классификация средств измерения массы

Вкачестве технических средств, обладающих нормированными метрологическими характеристиками и используемых для измерения массы, применяют меры, измерительные приборы и измерительные преобразователи.

3.2. Классификация мер массы

Однозначными мерами массы, т.е. мерами, номинальные значения которых соответствуют массе одного размера, являются гири.

Гири разного номинального значения, обладающие схожими метрологическими характеристиками, объединенными общим понятием «класс точности», могут быть собраны в наборы (комплекты). Это многозначные меры массы. Наборы (комплекты) мер массы позволяют использовать их не только по отдельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения значений массы различного размера. Использование сочетаний гирь различных классов точности невозможно.

Гири в зависимости от назначения подразделяются на эталонные (образцовые) и рабочие. Эталонные гири предназначены для передачи размера единицы массы весам, дозаторам, гирям и т.д., нижестоящим по поверочной схеме. Рабочие гири используются для измерений.

3.3.Классификация измерительных приборов

Кизмерительным приборам относят весы, весовые дозаторы

иконтрольные весовые автоматы (контрольные весы). Последние предназначены для контроля отклонений массы взвешиваемых объектов от установленного номинального значения и выработки управляющего сигнала на разбраковку.

Можно рассматривать достаточно разные классификационные признаки и соответственно вводить самые разнообразные классификационные схемы для измерительных приборов. Однако

46

следует учитывать, что производство и эксплуатация средств измерения массы базируются на нормативных документах (НД), регламентирующих технические условия, нормы точности, методы поверки и т.д. определенных групп весов. Иными словами, нормативная база предопределяет логику классификации весоизмерительной техники, следуя которой можно классифицировать меры и приборы, опираясь на действующие НД. К сожалению, в настоящее время НД содержат достаточно разнородную терминологию, например, ГОСТ 8.021–2005 и ГОСТ Р 53228–2008. Авторы считают доминирующими положения государственной поверочной схемы.

С учетом сказанного, в качестве исходной целесообразно принять укрупненную классификацию средств измерений массы, приведенную на рис. 14.

Средства измерения массы

Рис. 14. Укрупненная классификация средств измерения массы

Анализ НД показывает, что группа мер массы не нуждается в дальнейшем развитии классификации, в то время как весы и весовые дозаторы, входящие в группу весоизмерительных приборов, могут быть классифицированы более детально.

47

Лабораторные весы предназначены для проведения статических взвешиваний в условиях лаборатории. Напомним, что статическими называются взвешивания, при которых в процессе измерения объект не перемещается по платформе (грузоприемному устройству) весов. Для весов этой группы характерны:

достаточно высокие точность и дискретность отсчета; относительно небольшой наибольший предел взвешивания; высокая чувствительность к условиям эксплуатации.

Лабораторные весы подразделяются на механические и электронные.

Механические весы подразделяются на трехпризменные (равноплечие), двухпризменные (одноплечие) и квадрантные (с верхним расположением чашки). Равноплечие весы представляют собой рычаг первого рода с передаточным отношением, равным 1. Рычаг установлен на трех призмах и снабжен двумя грузоприемными чашками. На одну из чашек помещается измеряемая нагрузка, а на другую — гири. Оператор добивается положения рычага, близкого к равновесному. Показания снимаются по шкале. Среди равноплечих весов различают весы с успокоителем колебаний и весы без успокоителя колебаний. Успокоители колебаний представляют собой демпферы различных конструкций. Наличие демпфера позволяет после снятия грузоприемного рычага с арретира через 2–3 колебания стабилизировать показания весов. Оператор дожидается стабилизации показаний, после чего фиксирует результат измерения. Весы, не оборудованные демпферами, показания не стабилизируют: указатель равновесия в течение достаточно длительного промежутка времени совершает затухающие колебания, что существенно усложняет процесс снятия отсчета. После снятия весов с арретира оператор фиксирует отклонения указателя равновесия в крайних положениях по шкале отсчетного устройства и впоследствии по этим значениям вычисляет результат измерения. Одноплечие весы — одночашечные весы с неравноплечим коромыслом, при работе с которыми нагрузка компенсируется за счет встроенных гирь, помещаемых на противоположный конец коромысла. Квадрантные весы — механические весы с верхним расположением чашки, с использованием в конструкции так называемого весового квадранта.

Известные электронные лабораторные весы в основном тен-

зометрические и электромагнитные. Есть и другие принципы

48

измерения, которые могут быть использованы или используются для измерения массы. Однако подавляющее большинство лабораторных электронных весов — весы тензометрические и электромагнитные.

В зависимости от типа отсчетного устройства лабораторные весы подразделяются на весы с именованными или неименованными шкалами. Неименованная шкала представляет собой упорядоченную совокупность пронумерованных делений. Для работы на таких весах требуется предварительно определить цену деления шкалы (например, весы НРО). Весы с именованной шкалой позволяют непосредственно оценивать результат взвешивания в единицах массы (например, весы ВЛР).

Весы для статического взвешивания — группа средств из-

мерения массы, предназначенных для взвешивания статичных объектов в условиях производства или полевых условиях. Для весов этой группы характерными признаками являются устойчивость к внешним факторам (температуре, влажности воздуха и т.п.) и широкий диапазон измерения (НПВ весов этой группы может составлять от 1 кг до 1000 т). При этом весы для статического взвешивания, разумеется, существенно уступают весам лабораторной группы по дискретности отсчета и точности.

Весы специального назначения — средства измерений, ко-

торые используются для взвешивания при определении свойств, не являющихся массой. К этой группе можно отнести счетные весы для определения количества изделий во взвешиваемой партии, весы для проб картофеля, маслопробные весы, анализаторы влажности и т.п.

Весовые дозаторы дискретного действия — устройства,

предназначенные для порционного дозирования преимущественно сыпучих продуктов. Дозирование осуществляется посредством взвешивания продукта в соответствии с заранее установленной массой дозы. Таким образом, весами и весовыми дозаторами дискретного действия называют приборы, с помощью которых взвешивание производится повторяющимися циклами. Под циклом взвешивания понимают совокупность последовательных операций, необходимых для получения результатов одного взвешивания. Весы и весовые дозаторы дискретного действия характеризуются наибольшими и наименьшими пределами взвешивания или дозирования (НПВ, НмПВ, НПД, НмПД), т.е. значениями

49

массы, одновременно измеряемой на весах дискретного действия (или отвешенной дозатором дискретного действия) в нормальных условиях их применения, выше (ниже) которых взвешивание или дозирование невозможно или его погрешность может превысить допускаемое значение.

Весовые дозаторы непрерывного действия — устройства,

предназначенные для определения весовой производительности посредством непрерывного взвешивания продукта. К весам и весовым дозаторам непрерывного действия относятся приборы, с помощью которых взвешивание (дозирование) сыпучих или жидких материалов или продуктов осуществляется непрерывно, а заданный расход массы автоматически регулируется. Весы и весовые дозаторы непрерывного действия характеризуются наибольшим и наименьшим пределами производительности, т.е. значениями расхода массы, проходящей через весы или дозатор в нормальных условиях их применения, выше (ниже) которых взвешивание или дозирование невозможно или их погрешность может превысить допускаемое значение.

Весы для взвешивания транспортных средств в движе-

нии — весы, предназначенные для взвешивания железнодорожных составов, автопоездов и т.п. без необходимости расцепки и остановки взвешиваемого объекта на грузоприемном устройстве.

Электронные компараторы массы (от английского слова comparator — устройство сравнения) — средства измерений, предназначенные для сличения гирь при поверке (калибровке). Компараторы массы являются высокоточными электронными весами.

В зависимости от способа преобразования измерительного сигнала весы и весовые дозаторы разделяются на механические, гидравлические, электромеханические, оптико-механические, пневматические и др.

Дальнейшее классификационное разделение весоизмерительных приборов на подгруппы внутри каждой группы может быть выполнено по ряду признаков: по назначению, по конструкции, по способу установки и т.п. В качестве примера реализации таких возможностей приведены классификационные схемы лабораторных весов (рис. 15), весов для статического взвешивания (рис. 16) и весовых дозаторов (рис. 17).

50