Поверка однозначной меры электрического сопротивления (ОМЭС). Учебное пособие

«Академия стандартизации, метрологии и сертификации (учебная)»

Барышев Ю.А., Палагин М.Л.

Поверка однозначной меры

электрического сопротивления

Учебное пособие

Москва

2023

1

УДК 621.317.3

Барышев Ю.А., Палагин М.Л. Поверка однозначной меры электрического сопротивления (ОМЭС): Учебное пособие – М.: АСМС, 2023. – 32 с.

Учебное пособие разработано в соответствии с учебной программой по специализации «Поверка и калибровка средств электрических и магнитных измерений» на основании Федеральных законов № 102-Ф3 «Об обеспечении единства измерений» и № 184Ф3 «О техническом регулировании», а также актуальных изменяющих их законодательных и нормативных документов.

Материал предназначен для инженерно-технических работников, экспертов и специалистов метрологических служб предприятий для поверителей средств измерений, повышающих квалификацию в области поверки и калибровки средств электрических и магнитных измерений.

Издание может быть полезно инженерно-техническим работникам научно-исследовательских институтов, сотрудникам, работающим в области метрологии, студентам, аспирантам и преподавателям вузов и других учебных заведений.

Настоящее учебное пособие печатается по решению кафедры «Электрические измерения» АСМС, протокол № 2 от 31.03. 2023 г.

Авторы:

Юрий Алексеевич Барышев – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электрические измерения» АСМС.

Михаил Леонидович Палагин – кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрические измерения» АСМС.

© АСМС, 2023

2

Введение

Измерения – одна из древнейших сфер человеческой деятельности – возникли сразу с появлением человечества. Метрология как наука появилась позже. В Ветхом Завете сказано:

«Да будут у вас правильная ефа и правильный бат. Ефа и бат должны быть одинаковой меры, так чтобы бат вмещал в себя десятую часть хомера и ефа десятую часть хомера; мера их должна определяться по хомеру. В сикле двадцать гер; а двадцать сиклей, двадцать пять сиклей и пятнадцать сиклей составлять будут у вас мину.»

Можно подумать, что в трактовке Ветхого завета дано описание поверочной схемы.

Современные метрологи считают, что родоначальником российской научной метрологии был Д.И. Менделеев. Он первым на практике начал заниматься вопросами обеспечения единства измерений и создал Главную Палату мер и весов. Основоположником современной российской метрологии называют М.Ф. Маликова, который относит себя ко второму поколению учеников Д.И. Менделеева. М.Ф. Маликов является основателем терминологической основы подавляющего большинства последующих трудов в области метрологии.

Понятие об измерении является фундаментальным понятием метрологии. Измерением мы обычно называем познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной величины с некоторым ее значением, принятым за меру. Сегодня принято другое определение понятия «измерение», сформулированное в Федеральном законе от 26 июня 2008 г. № 102Ф3 «Об обеспечении единства измерений»: «измерение – совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины…».

3

В соответствии с действующей терминологией измерение – это процесс экспериментального получения одного или более значений величины, которые могут быть обосновано приписаны величине.

Меры электрических величин служат для воспроизведения электрических величин: сопротивления, индуктивности, емкости и др. заданного размера. К мерам электрических величин относятся измерительные резисторы, катушки индуктивности, измерительные конденсаторы, нормальные элементы и др. (Энциклопедический словарь, 2009 г.). Меры электрического сопротивления используют в процессе поверки и калибровки или в качестве объекта поверки и калибровки, либо в качестве эталонного средства измерений.

Меры электрических величин имеют нормированные метрологические характеристики. Важнейшими, влияющими на погрешность меры характеристиками, являются стабильность параметров меры во времени, зависимость значения меры от температуры, остаточные значения активных и реактивных параметров, зависимость значения меры от частоты и формы протекающего через неѐ тока, значение термоЭДС, возникающей при включении материала меры в паре с медью. Изучение метрологических характеристик необходимо прежде всего для выбора мер электрического сопротивления и для оценки точности результатов измерений, проведенных с их использованием.

Однозначная мера предназначена для воспроизведения электрической величины одного размера; а многозначная мера (МЭМ)

– для воспроизведения одноимѐнных электрических величин различного размера. Например, катушка индуктивности – это однозначная мера, а вариометр и магазин индуктивности – многозначные. Если в многозначной мере – вариометре – индуктивность изменяется плавно, то в магазине индуктивности значения переключаются ступенчато.

Однозначные меры электрического сопротивления (далее – ОМЭС) являются наиболее распространенными и используются в большинстве методов поверки и калибровки электрических измерительных приборов. Поверочные схемы очень часто включают ОМЭС, и знание корректной работы с такими мерами является необходимым для всех специалистов, работающих в области поверки и калибровки.

4

Настоящее учебное пособие подготовлено для специалистов, проходящих обучение или профессиональную переподготовку по специальности поверитель средств электрических и магнитных измерений и может быть использовано при самостоятельном обучении.

Определение некоторых терминов

Неопределѐнность (измерений) – это неотрицательный параметр, характеризующий рассеяние значений величины, приписываемых измеряемой величине на основании измерительной информации.

Младшая декада многозначной меры – декада с наименьшим номинальным сопротивлением ступени.

Старшая декада многозначной меры – декада с наибольшим номинальным сопротивлением ступени.

Номинальная мощность меры электрического сопротивления –

это наибольшее значение мощности, при которой допускается определение действительных значений сопротивлений. Обычно номинальная мощность установлена в технических условиях на меры конкретного типа.

Классификация МЭС

В зависимости от способа переключения сопротивлений многозначные меры сопротивления подразделяются на штепсельные и рычажные. В штепсельных магазинах сопротивлений переключение осуществляется с помощью конических стержней, вставляемых в гнезда и замыкающие между собой две массивные пластины, к которым подведены концы переключаемых катушек. В рычажных магазинах сопротивлений переключение производится щеточным рычагом, перемещающимся по нескольким расположенным вдоль окружности констант.

5

Глава 1. Методика поверки однозначных мер электрического сопротивления

1.1. Операции поверки ОМЭС

ГОСТ 8.237–2003. Распространяется на поверку ОМЭС в диапазоне номинальных сопротивлений от 0,1 Ом до 1 ГОм, применяемых в цепях постоянного тока до частоты 1 МГц (универсальные ОМЭС – УОМЭС). По методике ГОСТ 8.237–2003 первичной и периодической поверке подлежат рабочие меры классов точности от 0,0005 – 0,2; периодической поверке подлежат меры, используемые в качестве рабочих эталонов электрического сопротивления 1, 2 и 3-го разрядов.

Операции поверки ОМЭС, установленные ГОСТ 8.237–2003:

1.Внешний осмотр ОМЭС.

2.Проверка электрической прочности изоляции (проводится только при первичной поверке).

3.Определение сопротивления изоляции (проводится только при первичной поверке).

4.Опробование.

5.Определение действительного значения сопротивления ОМЭС

иотносительного отклонения действительного значения сопротивления ОМЭС от номинального.

6.Определение температурных коэффициентов сопротивления ОМЭС (проводится только при первичной поверке).

7.Определение постоянной времени ОМЭС.

8.Поверка нестабильности ОМЭС (проводится только при периодической поверке).

1.2. Средства поверки ОМЭС

При определении действительного значения ОМЭС, определении температурных коэффициентов сопротивления ОМЭС и проверке нестабильности ОМЭС (основной погрешности ОМЭС в течение любого года эксплуатации кроме первого, в соответствии с изменением, внесенным в ГОСТ 23737–79 в 1991 году) применяются следующие средства измерений (далее по тексту – СИ) из состава исходного эталона:

6

–цифровые омметры;

–мосты постоянного и переменного тока;

–компараторы сопротивления в комплексе с мерами сопротивления из состава исходного эталона;

–компараторы напряжений и потенциометры постоянного тока в комплекте с мерами сопротивлений из состава исходного эталона.

Отношение пределов допускаемых погрешностей

действительных значений и номинальных значений сопротивлений для эталона и поверяемых ОМЭС должно быть не более 1/3.

Для поверки электрической прочности изоляции в соответствии с ГОСТ 22261–94 должны быть применены установки, которые позволяют регулировать синусоидальное напряжение от 10 до 100 % от значения испытательного напряжения при частоте 50 Гц.

Погрешность воспроизведения испытательного напряжения должна быть не более 10.

Для определения сопротивления изоляции ОМЭС применяются мегомметры и тераомметры с основной относительной погрешностью не более ±20 %, и с диапазоном измерений не менее минимального допускаемого значения сопротивления изоляции электрических цепей поверяемой ОМЭС относительно корпуса и рабочим напряжением не менее максимального рабочего и не более испытательного для поверяемой ОМЭС конкретного типа.

1.3. Контроль условий поверки ОМЭС

Контроль условий поверки ОМЭС осуществляется с помощью следующих СИ:

1.Термометры с ценой деления не более 0,05 °C (цифровые термометры с пределом допускаемой погрешности ±0,05 °C) при поверке мер классов точности 0,0005 – 0,02;

2.Термометры с ценой деления не более 0,1 °C (цифровые термометры с пределом допускаемой основной погрешности +0,1 °C) при поверке мер классов точности 0,005 – 0,02;

3.Термометры с ценой деления более 0,5 °C при поверке мер более низких классов точности;

4.Психрометры с погрешностью измерения относительной влажности не более 5 %;

5.Барометры с погрешностью не более 1 кПа.

7

Часы, прошедшие испытания и внесенные в Госреестр средств измерений, могут быть использованы для контроля времени при проведении поверки ОМЭС.

Термостаты должны обеспечивать диапазон температур в рабочем объеме, а погрешность поддержания диапазона температур должна соответствовать требованиям условий подготовки и проведения поверки ОМЭС конкретных типов.

1.4. Условия проведения поверки ОМЭС и подготовки к ней

При определении действительных значений сопротивлений мер, температурных коэффициентов сопротивления, постоянной времени

ипроверке нестабильности должны соблюдаться следующие условия:

1.Поверяемые меры должны быть выдержаны в нормальных условиях в течение времени, указанного в нормативной документации (далее по тексту НД) на ОМЭС конкретного типа; или в течении 24 часов, если таких указаний в НД нет;

2.Измерительная цепь должна быть защищена от прямого теплового излучения и потоков нагретого и холодного воздуха;

3. Температура в помещении должна поддерживаться в интервале 19–21 °C при поверке ОМЭС классов точности 0,0005 – 0,02 и в интервале 18–25 °C – при поверке эталонных ОМЭС, должна соответствовать правилам хранения и применения этих эталонов;

4.Относительная влажность в помещении должна быть не более

80 %;

5.Значение мощности рассеивания не должно превышать значения, указанного в НД на ОМЭС конкретного типа;

6.Действительное значение сопротивления ОМЭС определяют при устойчивом температурном режиме в рабочем объеме термостата, в котором помещены поверяемая ОМЭС и ОМЭС из состава исходного эталона. А при определении температурного коэффициента сопротивления (далее по тексту – ТКС) поверяемая

иэталонные ОМЭС должны находиться в разных термостатах;

7.ОМЭС поверяют при температуре окружающей среды 20 °C;

8.Поверяемые ОМЭС с номинальными значениями сопротивлений от 0,1 МОм до 1 КОм помещают в воздушный или жидкостной термостат в соответствии с требованиями НД на конкретные тип ОМЭС;

8

9.Поверяемые ОМЭС с номинальными значениями сопротивлений от 1 Мом до 1 ГОм помещают в воздушный термостат;

10.СИ из состава исходного эталона и поверяемые ОМЭС должны быть подготовлены к работе в соответствии с требованиями НД.

2.Проведение поверки ОМЭС

2.1.Внешний осмотр ОМЭС

Поверяемая ОМЭС должна быть представлена на поверку со ссылкой и\или распечаткой данны предыдущей поверки, находящиеся в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений (ФГИС «Аршин»);

При внешнем осмотре проверяют выполнение следующих условий:

–ОМЭС не должна иметь внешних повреждений наружных частей;

–маркировка на панели и на корпусе ОМЭС должны соответствовать требованиям ГОСТ 23737;

–внутри корпуса ОМЭС не должно находиться никаких посторонних предметов и\или отсоединившихся деталей;

–маслонаполненные ОМЭС должны быть заполнены маслом

всоответствии с требованиями НД;

–ОМЭС не должны иметь нарушений жесткой фиксации электрических соединителей для подключения внешних цепей.

2.2. Поверка электрической прочности изоляции* ОМЭС

Операция поверки электрической прочности изоляции ОМЭС проводится только при первичной поверке.

Поверку электрической прочности изоляции ОМЭС выполняют по ГОСТ 22261–94. Для выполнения условий поверки электрическая прочность изоляции ОМЭС должна соответствовать требованиям НД и ГОСТ 22261–94.

---------------------------------------------------------------------------------------

*в РФ действует ГОСТ Р 51350–99 (МЭК 61010-1–90)

9

2.3. Определение сопротивления изоляции ОМЭС

Операция по определению сопротивления ОМЭС проводится только при первичной поверке.

Измерение сопротивления изоляции ОМЭС при первичной поверке проводят при постоянном токе и напряжении (500 ± 100) В. Цепи, подлежащие поверке, устанавливаются в НД на ОМЭС. ОМЭС считается выдержавшей испытания, если сопротивление изоляции соответствует значению, определяемому по формуле:

Rиз = 5·1000 Rном/С,

где С – класс точности ОМЭС;

Rном – номинальное значение сопротивления ОМЭС.

2.4. Опробование ОМЭС

При опробовании ОМЭС проверяют:

–исправность электрических соединений для подключения внешних цепей к мере;

–сопротивление потенциальных и токовых выводов меры.

Определение значения сопротивления потенциальных и токовых выводов ОМЭС проводят в соответствии с НД; оно не должно превышать значений, указанных в НД на ОМЭС конкретного типа.

2.5. Определение действительных значений электрического сопротивления ОМЭС и относительного отклонения действительного значения сопротивления от номинального

Действительные значения меры сопротивления постоянного тока – ОМЭС и меры переменного тока до частоты 1 МГц – УОМЭС определяют следующими методами:

Методом прямого измерения с помощью цифрового омметра.

Поверяемую ОМЭС подключают к эталонному цифровому омметру в соответствии с указаниями ТД на омметр. Сопротивление соединительных проводов и кабелей должно быть менее 0,1 допускаемой погрешности измерений, в противном случае его следует учитывать при измерениях. За действительное значение сопротивления ОМЭС принимают показания омметра. Выполняют

10