Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверка средств измерений электрических величин. Учебное пособие
.pdf
31
мерений и метрологических правил и норм на предприятиях и в организациях
любых форм собственности, расположенных на вверенной им территории.
Государственная служба времени и частоты и определения параметров
вращения Земли (ГСВЧ) осуществляет межрегиональную и межотраслевую координацию работ по обеспечению единства измерений времени, частоты и
определения параметров вращения Земли. ГСВЧ обеспечивает воспроизведение, хранение и передачу размера единиц времени и частоты, шкал атомного,
всемирного времени, координированного времени, измеряет координаты полюсов Земли. Поскольку сейчас время определяется по продолжительности стабильных процессов в атомах, то ГСВЧ следит за соответствием временных интервалов, определенных с помощью атомных стандартов частоты, и интервалов, определенных как часть суток или как часть года при движении Земли
вокруг собственной оси, вокруг Солнца и относительно «неподвижных» звезд.
В ведении ГСВЧ находятся такие известные процедуры, как передача
сигналов точного времени.
Государственная служба стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО) осуществляет межрегиональную и межотраслевую
координацию работ по разработке и внедрению стандартных образцов состава
и свойств веществ и материалов в стране в целях обеспечения единства измерений на основе их применения. Эти образцы используются при измерениях химического состава, физических, физико-химических, эксплуатационных и других свойств веществ и материалов.
Стандартные образцы широко используются для градуировки, поверки и
калибровки средств измерений, проверки правильности методов измерений,
а также для контроля качества продукции методом непосредственного сличения. Они применяются для контроля качества сырья по химическому составу,
механическим, теплофизическим, оптическим, электрическим, магнитным, радиоактивным и другим свойствам. Различают стандартные образцы состава и
стандартные образцы свойств. Возможна одновременная аттестация стандартных образцов по свойствам и составу. Применяют стандартные образцы химически чистых веществ, сплавов, нефтепродуктов, медицинских препаратов, образцов почв, газов, газовых смесей. Аттестация стандартных образцов производится в авторитетных аналитических центрах. При аттестации в зависимости
от назначения стандартному образцу присваивается класс точности или устанавливаются допускаемые погрешности. Каждый образец, положительно аттестованный в качестве стандартного образца состава или свойств веществ и материалов, регистрируется в Государственном реестре стандартных образцов,
32
который ведется в УНИИМ и является составной частью Государственного реестра средств измерений.
Государственная служба стандартных справочных данных о физических
константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД) осуществляет межрегиональную и межотраслевую координацию работ по разработке и внедрению стандартных справочных данных о физических константах и свойствах
веществ и материалов в науке и технике в целях обеспечения единства измерений на основе их применения. ГСССД обеспечивает определение, сбор, анализ
и публикацию данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.
В современной науке и технике используется огромное количество разнообразных веществ и материалов, которые обладают различными свойствами,
часто зависящими от внешних условий (давления, температуры, часто-ты,
влажности и т. п.). ГСССД обеспечивает оперативное и исчерпывающее информирование работников науки и производства о свойствах и характеристиках веществ и материалов. Это могут быть сведения об уточненных значениях фундаментальных физических констант, физико-химических и спектральных свойствах веществ, атомных и молекулярных константах, свойствах
новых стандартных образцов. Стандартные справочные данные могут составляться по заказам промышленности — например, сведения о свойствах новых
конструкционных материалов.
Новые данные публикуются в специальной литературе и периодически
обновляются с появлением уточненных данных по константам, утвержденным
международными организациями по метрологии и стандартизации.
33
ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ
СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОПЕРАЦИЙ ПОВЕРКИ
Основные понятия и определения. Поверка любого средства измерений
(СИ) сводится, в конечном счете, к выполнению отдельных операций, в ходе
которых проверяют ограниченное число важнейших и наименее стабильных
характеристик, оказывающих прямое воздействие на эксплуатационные характеристики и свойства СИ.
Операции поверки позволяют установить, во-первых, находятся ли метрологические характеристики (иногда только погрешности) СИ в заданных пределах; во-вторых, нет ли в СИ неисправных или недостаточно надежных деталей и узлов, которые могут стать причиной недопустимых изменений метрологических характеристик или выхода из строя СИ. К их числу относятся: определение основной погрешности и вариации показаний измерительных приборов, определение действительных значений, воспроизводимых мерами единиц
электрических и магнитных величин, определение электрической прочности
изоляции, проверка соответствия внешнего вида поверяемого СИ стандартам и
техническим условиям и многие другие. Для каждого типа СИ такой перечень
устанавливается при метрологической аттестации и в дальнейшем подробно
оговаривается в нормативной документации (НД) на методы и средства поверки конкретных видов СИ. Например, при поверке трансформаторов напряжения
(ГОСТ 8.216-88) должны выполняться следующие операции: внешний осмотр,
определение электрического сопротивления изоляции, проверка электрической
прочности изоляции и правильности обозначения зажимов, выводов и групп
соединения обмоток, определение погрешности.
Помимо полного перечисления операций поверки в каждой НД на методы
и средства поверки всегда даются разъяснения, какие операции являются обязательными для выполнения при поверке СИ, выпускаемых из производства и
ремонта, какие при эксплуатации и хранении, а какие и в том и в другом случаях. Kaк правило, перечень операций поверки СИ, выпускаемых из производства и ремонта, всегда более обширен, так как в этом случае помимо контроля метрологических характеристик возникает необходимость в проверке качества применяемых материалов, правильности сборки, маркировки и др.
Например, при поверке делителей напряжения постоянного тока (ГОСТ 8.278-78)
такие операции поверки, как внешний осмотр, опробование, определение сопро-
34
тивления изоляции и основной погрешности являются обязательными независимо от вида поверки, а электрическую прочность изоляции проверяют только
при выпуске из производства или ремонта.
Анализируя нормативные документы по поверке СИ, можно обнаружить,
что ряд операций является общим для большинства видов СИ. К числу таких
операций относятся: внешний осмотр, поверка комплектности, общей исправности, электрической прочности изоляции и другие.
При внешнем осмотре СИ определяют общее состояние СИ с целью выявления каких-либо внешних дефектов, не допускаемых ТУ и препятствующих
их применению по прямому назначению независимо от правильности показаний. Предшествуя обычно остальным операциям поверки, внешний осмотр является обязательным для всех видов СИ независимо от их типа, технических
характеристик и конкретного назначения. Ввиду большого разнообразия видов
и конструкций СИ, условий их эксплуатации и степени важности выполняемых
функций отдельными деталями и узлами сформулировать требования к общему
состоянию всех СИ однозначно не представляется возможным. Такие требования, применительно к конкретным видам СИ, перечисляются подробно в соответствующих нормативных документах на методы и средства поверки. Можно
лишь указать важнейшие из них, характерные для подавляющего большинства СИ:
• отсутствие отсоединившихся деталей внутри корпуса СИ, обнару-
живаемых на слух при их переворачивании;
• целостность и исправность отдельных деталей или узлов СИ (кор-
ректора, защитного стекла, переключателей, зажимов), которые хотя непосредственно и не оказывают влияния на метрологические характеристики СИ, но
делают затруднительной их нормальную эксплуатацию или могут привести
к быстрой порче в дальнейшем;
• наличие заводских номеров и надписей, определяющих назначение по-
веряемых СИ, их эксплуатационные и метрологические характеристики;
• наличие и исправность приспособлений для клеймения или наложения
пломбы;
• наличие паспортов (формуляров) и технических описаний при поступ-
лении на поверку сложных измерительных устройств, требующих предварительного ознакомления с их принципом действия, устройством и работой (потенциометры, мосты, цифровые измерительные приборы).
Внешний осмотр СИ в большинстве случаев является очень существенной операцией поверки. Нередко при его проведении обнаруживаются кажу-
35
щиеся на первый взгляд незначительные дефекты, снижающие надежность СИ,
предназначенных для эксплуатации в течение длительного промежутка времени. С этой точки зрения внешний осмотр имеет не меньшее значение, чем определение погрешности, и пренебрегать им или сокращать его объем ни в коем
случае не следует.
Проверка работоспособности и общей исправности СИ. В ряде случаев операциям определения основных погрешностей должна предшествовать
проверка работоспособности и общей исправности поверяемого СИ. Включение неисправных СИ в схему поверки влечет за собой не только непроизводительные потери времени, в ряде случаев может привести к выходу из строя эталонных средств поверки.
Особенное значение приобретает проверка общей исправности СИ, имеющих сложное устройство и требующих значительные затраты времени на поверку. Действительно, неисправность таких сравнительно несложных измерительных устройств, как, например, аналоговые амперметры или вольтметры,
если даже их работоспособность предварительно не проверяли, ни к каким неблагоприятным последствиям не приведет, так как будет обнаружена
при проверке первой же числовой отметки, и поверка будет прекращена. Другое дело, если поверке подвергается сложное измерительное устройство,
например, мост постоянного тока. Обрыв в одном из резисторов моста может
быть обнаружен в самом конце поверки, когда на поверку остальных исправных
элементов уже затрачено значительное количество времени. Поэтому, прежде
чем приступить к определению основных погрешностей такого устройства, целесообразно убедиться в его общей исправности, что легко сделать путем пробных измерений сопротивлений нескольких резисторов с номиналами, близкими
к верхнему и нижнему пределам всех диапазонов измерения моста.
В ряде случаев в общей исправности и работоспособности легко убедиться при выполнении наиболее простой операции поверки, на которую
не приходится затрачивать значительное время. Поверку счетчиков электричес-
кой энергии по этой причине рекомендуют начинать с проверки правильности
работы счетного механизма (в процессе которой уже можно убедиться в общей
исправности) и только после этого переходить к определению основной погрешности и других качественных показателей.
Примером выхода из строя эталонных средств поверки при включении их
в схему совместно с неисправными поверяемыми СИ может служить подключение эталонного нормального элемента к поверяемому потенциометру
при наличии короткого замыкания в цепи нормального элемента.
36
Проверка электрической прочности изоляции. Необходимым условием обеспечения эксплуатационной надежности СИ и электробезопасности их
обслуживания является качество и надежность изоляции между отдельными
электрическими цепями и между ними и корпусом.
Значение электрической прочности твердых изоляционных материалов
зависит от их структуры, толщины, окружающей температуры и в процессе эксплуатации СИ вследствие ряда причин (изменение структуры, растрескивание,
загрязнение) постепенно снижается. Снижение электрической прочности изоляции испытуемого средства измерений (ИСИ), в свою очередь, приводит к тому,
что при наличии напряжения (рис. 2.1) между изолированными токоведущими
цепями (U12) или между ними и корпусом (U10, U20) происходит пробой с образованием канала с очень малым электрическим сопротивлением.
Возникновение пробоя между отдельными электрическими цепями нарушает нормальный режим работы СИ или ведет к полной потере работоспособности. В случае пробоя между токоведущей частью и корпусом последний может оказаться под напряжением, опасным для обслуживающего
персонала. Учитывая вышесказанное, в перечень операций поверки большинства СИ включается пункт, предусматривающий испытание изоляции токоведущих частей на электрическую прочность.
По существующему положению (ГОСТ 22261-2003) изоляция между корпусом и изолированными от корпуса по постоянному току электрическими цепями, на которых во время работы развивается напряжение свыше 42 В и доступ к которым возможен без вскрытия СИ, должна выдерживать в течение
1 мин действие испытательного напряжения частотой 50 Гц, действующее значение которого устанавливается в зависимости от рабочего напряжения СИ.
Как правило, значение испытательного напряжения должно быть значительно выше номинального (рабочего) напряжения СИ. Только в этом случае
можно гарантировать в дальнейшем работоспособность СИ и безопасность его
Рис. 2.1. Схема возникновения пробоя
37
обслуживания, несмотря на неизбежное снижение качества изоляции во времени. Например, если рабочее напряжение лежит в пределах 250–600 В, значение
испытательного напряжения устанавливается равным 2,0 кВ.
Для испытания изоляции в условиях поверочных лабораторий применяют
специальные установки, обеспечивающие необходимые условия и безопасность
проведения испытаний. Упрощенная схема такой установки приведена
на рис. 2.2.
Испытуемое средство измерений (ИСИ) помещается в испытательную
камеру (ИК), снабженную выключателем в цепи питающего напряжения (ВК).
Прочность изоляции следует испытывать в нормальных условиях. Напряжение
до испытательного значения должно увеличиваться плавно за время не менее
5–10 с и устанавливаться с погрешностью не более 10 % с помощью автотрансформатора Тр2.
Установки оснащены автоматической защитой от пробоя изоляции ИСИ
при достижении критических токов утечки через изоляцию.
Признаком неудовлетворительного состояния изоляции служит внезапное
возрастание силы тока в низковольтной обмотке Тр1 или снижение напряжения
на ее зажимах. Отклонение указателя ИСИ в любую сторону на любой угол,
дрожание его или появление шума не являются признаками неудовлетворительного состояния изоляции.
Измерение сопротивления изоляции. При изучении различных электро-
измерительных устройств с целью уяснения их устройства или принципа действия значение сопротивления изоляции отдельных элементов схемы обычно во
внимание не принимается. При работе этих же устройств в реальных условиях,
когда между отдельными точками схемы существует разность потенциалов,
наличие в технических электроизоляционных материалах свободных зарядов
Рис. 2.2. Схема установки для испытания изоляции
38
приводит к появлению токов объемной и поверхностной утечки. Если измерительная цепь рассчитана на незначительные рабочие токи и содержит чувствительные к току указатели равновесия, то появление токов утечки
может привести не только к снижению точности результата измерения, но и
к полному его искажению.
Одним из действенных способов борьбы с токами утечки является поддержание сопротивления изоляции токоведущих частей на заданном уровне,
который устанавливается в стандартах (или) технических условиях на СИ.
Например, если номинальное напряжение испытуемого трансформатора находится в пределах 127–660 В, приложенное напряжение U или номинальное
напряжение мегомметра должно лежать в пределах 0,5–30 кВ.
Определение влияния наклона. В процессе выполнения измерительных
или поверочных операций всегда существует вероятность отклонения прибора
от обозначенного на нем нормального положения. Такое отклонение не будет
влиять на работоспособность прибора и правильность показаний, если центр
тяжести подвижной части измерительного механизма совпадает с осью его
вращения.
Технологическая операция совмещения центра тяжести с осью вращения
получила название уравновешивания. Уравновешивание производится
при сборке и регулировке измерительного механизма специальными противовесами, перемещением которых достигается требуемое положение центра тяжести.
Для оценки качества уравновешивания в перечень операций, выполняемых при поверке приборов, включена операция, получившая наименование
определение влияния наклона: при наклоне на определенный угол в нескольких
направлениях наблюдают за изменением показаний прибора. Чем меньше
при этом наблюдаемое изменение показаний, тем качественнее было выполнено уравновешивание.
С течением времени может появиться разбалансировка из-за неравномерного усыхания пропиточного лака, изменения положения подвижной части СИ
относительно основания измерительного механизма, изгибы стрелки или держателей противовесов в результате перегрузок.
По техническим условиям отклонение прибора от обозначенного на нем
рабочего положения в любом из четырех направлений на нормированный угол
не должно вызывать изменения показаний больше, чем на значение предела до-
пускаемой основной погрешности. Если рабочее положение на приборе
не указано, то прибор должен соответствовать требованиям при отклонении,
39
как от горизонтального, так и от вертикального положения. Нормируемый угол
наклона зависит от способа крепления подвижной части измерительного механизма, класса точности, устойчивости к механическим воздействиям, исполнения и должен составлять 1; 5; 10; 20; 30 или 45°. В каждом конкретном случае числовое значение угла наклона устанавливается в стандартах, технических
условиях или эксплуатационной документации. Влияние наклона допускается
определять как на включенном, так и на выключенном приборе. У приборов с
логометрическим измерительным механизмом определение влияния наклона
возможно только при включенном приборе. Для создания соответствующих углов наклона применяют шаблоны (подставки) с соответствующими углами.
Влияние наклона у приборов с электрическим противодействующим моментом определяют следующим образом. Установив стрелку прибора на отметку шкалы Х вблизи ее геометрической середины, поочередно наклоняют
прибор в каждую из четырех сторон и отмечают каждый раз его показания Xi.
Для каждого случая находят приведенную погрешность γ (в процентах)
по формуле:
100γ
−
=
N
i
X
XX
,
где Х
N
— нормирующее значение шкалы прибора.
Ни одно из полученных значений γ не должно превышать предела допускаемой основной погрешности.
У приборов с механическим противодействующим моментом влияние
наклона можно определять только на отметке механического нуля при выключенном приборе. Для этого указатель устанавливают корректором на нулевую
отметку, затем прибор располагают так, чтобы нулевая отметка и ось вращения
подвижной части располагались на воображаемой горизонтальной или вертикальной линии. Отклонение указателя от нулевой отметки не должно превышать предельных значений.
2.2. ПОРЯДОК И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПОВЕРКИ
Влияющие величины. Метрологические характеристики любого СИ за-
висят не только от совершенства его разработки, качества изготовления и юстировки, но и от внешних по отношению к СИ факторов, характеризующих
условия, в которых это СИ эксплуатируется. Они получили название влияющих
40
физических величин. К числу таких факторов в первую очередь относятся физические величины, характеризующие внешнюю по отношению к СИ среду
(температура, влажность, атмосферное давление) и неинформативные параметры входных сигналов (отклонение частоты, содержание гармоник и др.).
Весь диапазон возможных значений внешних факторов, влияющих на работу СИ, принято делить на две условные области (зоны) значений: область
нормальных и область рабочих значений влияющих величин.
Область значений влияющих величин, в пределах которой внешние факторы существенно не влияют на метрологические характеристики СИ, называется нормальной областью влияющих величин. Будучи регламентированы
в НД на СИ данного типа, нормальные области тем самым определяют нормальные условия применения СИ (сокращенно — нормальные условия).
Рабочей областью значений влияющих величин называется область,
в пределах которой стандартами или техническими условиями на СИ нормируются дополнительные погрешности этих СИ.
Рабочие области регламентируют в НД на СИ данного типа. Тем самым
регламентируют и рабочие условия применения СИ (сокращенно — рабочие
условия). Их соблюдение является одной из предпосылок получения достоверной измерительной информации, так как в пределах рабочих областей возможные значения или выражения метрологических характеристик известны.
За пределами рабочих областей, т. е. в условиях, не отвечающих рабочим условиям, СИ применению не подлежит, так как значения или выражения метрологических характеристик СИ неизвестны, и, следовательно, результаты измерений, полученные при помощи данного СИ, никем не гарантируются.
Условия поверки. При поверке СИ должны соблюдаться нормальные
условия, как для поверяемого прибора, так и для образцовых СИ. Даже незначительные отклонения условий поверки от нормальных снижают достоверность
результатов поверки ввиду сложности, а в ряде случаев и невозможности учета
возникающих при этом дополнительных погрешностей. В каждом НД на методы и средства поверки эти условия подробно формулируются в разделе
«Условия поверки и подготовка к ней», и их соблюдение является обязательным при проведении поверки.
Одним из важнейших условий получения достоверных результатов поверки является поддержание нормальных значений климатических условий
(температуры, влажности, давления). Объясняется это факторами, к числу которых можно отнести наличие у подавляющего большинства СИ зависимости показаний (действительных значений) от температуры, изменение электроизо-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]