Поверка однозначной меры электрического сопротивления (ОМЭС). Учебное пособие

tk1 = t0 – 0,5Δt, tk2 = t0 + 0,5Δt.

Поверка состояний из двух этапов:

1)определяют значения сопротивления меры при температурах tо, tk1, tk2;

2)вычисляют значения сопротивления меры для температур tk1, tk2 по значениям измеренного сопротивления меры при температуре tо, и полученным ранее значениям αо и β.

Разность между полученными экспериментальными и вычисленными значениями не должна превышать 30 % доверительной погрешности при доверительной вероятности 0,95, указанной в таблице 1.

Таблица 1

Метрологические характеристики мер электрического сопротивления постоянного тока из состава исходного эталона

21

2.7. Определение постоянной времени меры

Постоянная времени τi в секундах определяется для мер УОМЭС на переменном токе частотой до 1 кГц и на основной рабочей частоте используемого исходного эталона.

Для определения τi используют метод прямого измерения или метод замещения.

2.7.1. Метод прямого измерения

Поверяемую меру подключают к мосту, уравновешивают мост и записывают показания.

Если в качестве эталонного СИ используют цифровой омметр МЦС-2Б, или мост Р5083, то τi определяют по формуле:

τ = ±1,6 tg υ,

где tg υ – показания моста Р5083 по тангенсу фазового угла. Если используется измеритель Е7-12, то τi определяют по

формуле:

τi = LiRi или τi = – (Ci/Gi)

где Li, Ri, Ci, Gi – показатели измерителя Е7-12 по индуктивности [Гн], активному сопротивлению [Ом], емкости [Ф], активной проводимости [См] соответственно.

2.7.2 Метод замещения

Поверяемую меру с активным сопротивлением Ri с постоянной времени τi подключают к входным зажимам используемого СИ и уравновешивают измерительную цепь. Затем вместо поверяемой меры подключают замещающий элемент с сопротивлением RN того же номинального значения, что и у поверяемой меры (описание замещающих элементов в справочном приложении «Г» ГОСТ 8.237 – 2003) и повторно уравновешивают измерительную цепь. Постоянную времени τi, с определяют по следующим формулам;

– для цифрового омметра МЦС-2Б:

τi = τзэ + (τiM – τзэм ),

22

где τзэ – действительные значения постоянной времени замещающего элемента, с;

τiм, τзэм – показания на цифровом табло омметра МЦС-2Б при подключении поверяемой меры и замещающего элемента соответственно;

– для моста Р5083:

τi = τN2 +1,6· (tg υiм – tg υзэм),

где tg υiм , tg υзэм – показания на цифровом табло tg υ моста Р5083 при подключении поверяемой меры и замещающего элемента соответственно;

– для измерителя Е7-12:

τi = τN2 + (LiN – LNM) Ri;

τi = τN2 – (CiN – CNM) /Gi,

где τN2 – постоянная времени рабочих эталонов сопротивления Е1-5; Н2-1 [с];

LiM, LNM, Ri, CiM, CNM, Gi – показания на цифровом табло «L», «C», «R», «G» измерителя Е7-12 при подключении поверяемой меры и рабочего эталона соответственно.

Постоянная времени не должна превышать допускаемого значения (таб. 4 ГОСТ 23737–79).

Допускаемые значения постоянной времени для мер, разработанных до 01.01.91 г. должна быть указаны в ТУ на меры конкретного типа.

2.8. Поверка нестабильности меры (определение основной погрешности в течении года эксплуатации (кроме первого) – в соответствии с изменениями ГОСТ 23737–79 от 01.01.91.)

Эта характеристика меры определяется в % по формулам:

U = 100 %,

23

где Rg – действительное значение сопротивления меры при данной поверке, Ом;

Rgn – действительное значение меры при предыдущей поверке,

Ом;

m – число лет, прошедших со времени предыдущей поверки; Rном – номинальное значение сопротивлений поверяемой меры,

Ом;

Эта характеристика для мер, используемых в качестве рабочих эталонов 1-го, 2-го, 3-го разрядов за год, предшествующий присвоению разряда, не должна превышать значения, указанные в табл. 1 и 2.

Таблица 3

Метрологические характеристики мер электрического сопротивления переменного тока из состава исходного эталона

24

1) Для мер, используемых при частоте 1 МГц, не более 0,003 % 2) Для мер, используемых при частоте 1 МГц, не более 0,01 %

Доверительную границу погрешности передачи размера единицы смежным разрядам рабочих эталонов 0,95 (при нормальном законе распределения, доверительной вероятностью вероятности 0,95 и числе измерений 10) оценивают по формуле:

0.95 = 2,3S∑,

где S∑ =√Sк1² + Sк2² + Sк3²;

S = – ,

где Sк1; Sк2 – среднеквадратическое отклонение (СКО) результатов измерений, полученных при предыдущей и настоящей поверках;

U – нестабильность рабочего эталона высшего разряда согласно таблицам 9,2 и 9,3.

ν – число месяцев, прошедших с момента поверки рабочего эталона, до момента его использования.

2.9. Оформление результатов поверки

Положительные результаты первичной поверки ОМЭС и УОМЭС должны быть обязательно зарегистрированы в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений (ФГИС «Аршин») с нанесением поверительного знака, также могут быть оформлены отметки поверителя в паспорте ОМЭС или УОМЭС. Поверительный знак не наносится, только если конструктивно такое нанесение невозможно.

25

При положительных результатах периодической поверки ОМЭС и УОМЭС признают годными к применению, документы об этом должны быть обязательно зарегистрированы в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений (ФГИС "АРШИН") с нанесением поверительного знака, а также могут быть оформлены отметки поверителя в паспорте ОМЭС или УОМЭС.

В документах о проведении поверки указывают:

– температурную формулу сопротивления:

Rt = Ro + R [α0 (ti – to) + β (ti – to)];

Ro – действительное значение, полученное в результате последней поверки;

–значения коэффициентов α0 и β;

–значения постоянной времени для УОМЭС;

–дату проведения поверки и дату очередной поверки.

Для рабочих эталонов указывают соответствие поверочных мер определенному разряду. Для присвоения рабочим мерам ОМЭС

иУОМЭС статуса эталонов 3, 2 и 1-го разрядов их исследуют. ОМЭС

иУОМЭС исследуют не менее двух лет на присвоение 3-го разряда

ине менее трех лет на присвоение 2-го и 1-го разрядов, определяя значения Ro с указанием даты проведения измерений.

Если ОМЭС и УОМЭС по результатам поверки признаются непригодными к применению, то никакие документы в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений (ФГИС «Аршин») не направляются.

2.10 Суть поверки и калибровки средств измерений

Терминология, принимаемая в РФ, и международная не вполне соответствуют друг другу. Уточним некоторые понятия.

Поверка средств измерений – это установление официально уполномоченным органом пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям.

26

В международной версии поверка – это предоставление объективных доказательств того, что данный объект полностью удовлетворяет установленным требованиям.

Проверку не следует путать с калибровкой. Не каждая проверка

– это поверка.

Несмотря на существенную разницу в текстах суть определений одна – эта поверка, некоторая операция, официально подтверждающая возможность использования КОНКРЕТНОГО средства измерения в цепи передачи размера единицы измерения. Эксперимент, подтверждающий эту возможность, – проверка соответствия погрешности средства измерения нормированному допускаемому значению.

Тем самым поверка – не только эксперимент (техническое действие), но и юридическое действие.

«… Техническая суть поверки сводится к проверке утверждения «основная погрешность средства измерения не выходит из допускаемых в документации пределов». Иными словами, техническая суть поверки – контроль погрешности. Слово «контроль» в значении (control) – операция проверки соответствия чего-либо установленным требованиям. Следует иметь ввиду, что слово control в английском языке означает управление».

Калибровка средств измерений – это совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений, и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона, с целью определения метрологических характеристик этого средства измерений.

Это определение по смыслу совпадает с приведенным определением. Тем самым понятие «калибровка» чисто техническое, не несущее никакой юридической нагрузки. Это эксперимент по измерению значения какой-либо метрологической характеристики (не обязательно погрешности, например (входного сопротивления). Часто задают вопрос: можно ли результаты калибровки использовать для поверки. Ответ очевиден: можно, если погрешность (неопределенность) оценки погрешности средства измерений, имевшая место при калибровке, обеспечивает выполнение требований к достоверности в поверки, регламентированных

27

Любая техническая операция характеризуется некоторыми обобщенными свойствами. Операция контроля (поверка) – показателями достоверности контроля. Операция измерения (калибровка) – погрешность (неопределенность) результата измерения. При калибровке могут определяться (измеряться) разные метрологические характеристики. Мы остановимся только на определении погрешности средства измерений при заданном показании. Эти измерения как и любые другие не свободны от погрешности. Результатом измерения в рассматриваемом случае является оценка значения погрешности.

2.11. Об основах понятий из теории вероятностей

Теория вероятностей – математическая дисциплина, изучающая случайные события (события, которые при реализации некоторого опыта могут наступить или не наступить, например выпадение решки при бросании монеты), случайные величины (величины, которые при реализации некоторого опыта могут принять то или иное значение, заранее неизвестно какое, например, погрешность измерения) и случайные функции (функции, описывающие некоторый процесс с непредсказуемым развитием). Основное понятием теории вероятности – вероятность случайного события X – отношение количества m(X) опытов, в которых это событие наблюдалось, к общему числу n проведенных опытов, когда n →∞.

P X lim n m X n

Достоверное событие: P(X) = 1. Невозможное событие P(X) = 0.

Случайная величина характеризуется перечнем вероятностей (дискретная случайная величина) или законом распределения (непрерывная случайная величина). Остановимся только на непрерывных случайных величинах, которые характеризуются законом распределения. Интегральный закон распределения случайной величины – зависимость вероятности P(X) появления

28

реализаций х меньше заданного Х. На рис. 6 представлен интегральный закон «равномерного» распределения.

Рис. 6. Интегральный закон равномерного распределения

Появление реализаций x < a невозможно, P(x < a) = 0. Появление реализаций x b – достоверное событие, P(x b) = 1. Вероятность появления реализаций X1 < x < X2, равна P(x < X2) − P(x < X1).

Дифференциальный закон распределения случайной величины определяется выражением:

x dP X

dX

В качестве примера на рис. 7 приведена дифференциальная функция равномерного распределения рис. 6. Вид этой функции определил название этого распределения – «равномерное».

29

Рис. 7. Дифференциальная функция равномерного распределения

Функцию υ(x) называют «плотностью вероятности» случайной величины X. Площадь, ограниченная функцией, всегда равна 1. Вероятность Р(Х1 < х < Х2) равна площади, ограниченной значениями Х1, Х2 и кривой плотности вероятности.

Кроме приведенного равномерного распределения, в метрологии очень часто используют нормальное распределение, дифференциальная функция которого приведена на рис. 8.

Рис. 8. Дифференциальная функция нормального распределения

30