Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Средства измерений давления. Поверка и калибровка. Учебное пособие
.pdf
Ведущие зарубежные фирмы и некоторые российские нормируют
100γ
0mm
э
э
IIр
I
р
долговременную стабильность.
Характеристикой стабильности СИ является нестабильность –
изменение погрешности за определенный период времени.
Например. Предел допускаемой приведенной погрешности
измерительного преобразователя давления Rosemount 3051C 0,075% –
нестабильность 0,125 за 5 лет.
4.4. Поверка измерительных преобразователей давления
За основу практически всех методик поверки преобразователей
давления положена методика, изложенная в МИ 1997–89
«Преобразователи измерительные. Методика поверки». Формально
эта методика распространяется только на измерительные
преобразователи типа «Сапфир», выпускаемые по ГОСТ 22520–85 с
пределами допускаемой основной погрешности от ±0,2 до ±1,5 %.
Однако, содержание большинства методик поверки
преобразователей давления практически полностью соответствует
МИ 1997. Существенным отличием этих методик от МИ 1997
является возможность поверки преобразователей с цифровыми
выходными сигналами.
Ниже приведены основные положения МИ 1997.
Схемы поверки Схемы поверки приведены на рис. 30 и 31.
Методика поверки предусматривает возможность измерения
выходного тока преобразователя прямым и косвенным методами.
Предел приведенной погрешности поверки при прямом измерении
тока рассчитывается по формуле
,
где Δрэ – предел допускаемой абсолютной погрешности рабочего
эталона давления при значении давления, соответствующему
верхнему пределу измерений поверяемого преобразователя.
рm – верхний предел измерений поверяемого преобразователя
или ширина диапазона измерений (р
Δ
предел допускаемой абсолютной погрешности эталонного
I –
max
– р
min
);
СИ тока, при его максимальном значении.
Im и I0 – верхнее и нижнее предельные значения выходного тока.
51
Рис. 30. Схемы поверки при прямом измерении тока:
а – четырехпроводная схема для преобразователей с выходным
сигналом 0..5 и 0…20 мА, б – двухпроводная схема для
преобразователей с выходным сигналом 4…20 мА;
РЭ – рабочий эталон давления; ПП – поверяемый преобразователь;
G – источник питания; мА – миллиамперметр; R – нагрузочное
сопротивление
52
Рис. 31. Схемы поверки при косвенном измерении тока:
а – четырехпроводная схема для преобразователей с выходным
сигналом 0..5 и 0…20 мА, б – двухпроводная схема для
преобразователей с выходным сигналом 4…20 мА;
РЭ – рабочий эталон давления; ПП – поверяемый преобразователь;
G – источник питания; В – вольтметр; Rэ – эталонное сопротивление;
R – нагрузочное сопротивление
Предел приведенной погрешности поверки при косвенном
э
э
m m 0 эт
γ 100
р
V
R
U
р U U R
100γ
m
э
э
р
р
5,0
γ
γ
α
э
измерении тока рассчитывается по формуле
,
где Δрэ – предел допускаемой абсолютной погрешности рабочего
эталона давления при значении давления, которое соответствует
верхнему пределу измерения преобразователя.
рm – верхний предел измерений поверяемого преобразователя
или ширина диапазона измерений (р
max
– р
min
);
ΔU – предел допускаемой абсолютной погрешности эталонного
вольтметра при верхнем предельном значении выходного тока;
Um и U0 – верхнее и нижнее предельные значения падения
напряжения на эталонном сопротивлении.
ΔR – предел допускаемой абсолютной погрешности эталонного
сопротивления.
Um = Im Rэ и U0 = Iо Rэ.
При поверке преобразователя с цифровым выходным сигналом
,
где Δрэ – предел допускаемой абсолютной погрешности рабочего
эталона давления при значении давления, которое соответствует
верхнему пределу измерения преобразователя.
Допускается проведение поверки в тех случаях, когда отношение
α предела погрешности поверки γэ к пределу допускаемой
погрешности поверяемого преобразователя γ не превышает 0,5.
В методике заложены в соответствии следующие критерии
достоверности результатов поверки.
δ
=1,25 – максимальное значение отношения погрешности
мax
преобразователя, ошибочно признанного годным при поверке, γ
к пределу допускаемого значения погрешности γ.
.
max
53
Таким образом гарантируется, что погрешность ошибочно
αр
0,2
0,25
0,33
0,4
0,5
γк
0,94
0,93
0,91
0,82
0,7
P
мax
0,20
0,20
0,20
0,10
0,05
δ
мaх
1,14
1,18
1,24
1,22
1,20
γ
γ
α
э
признанного годным преобразователя не будет превышать 1,25 γ.
P
= 0,2 – наибольшая вероятность ошибочного признания
мax
дефектного преобразователя годным.
Поверяемый преобразователь признается годным, если
выполняется условие
γд ≤ γк∙ γ,
где γд – измеренное значение приведенной погрешности
поверяемого преобразователя;
γк – относительный контрольный допуск;
γ – предел допускаемой основной приведенной погрешности
поверяемого преобразователя.
Для определения значения относительного контрольного допуска
γк в МИ 1997 приведена таблица 3.
Таблица 3
При поверке рассчитывается значение
.
Значение контрольного допуска γк выбирается из таблицы для
ближайшего большего значения αр.
Например, если α=0,27 то αр=0,33, если α=0,43 то αр=0,5.
Условия поверки
Условия поверки соответствуют требованиям к условиям
испытаний ГОСТ 22520–85.
Температура окружающего воздуха (23±2) °С.
Относительная важность окружающего воздуха 30…80 %.
Давление в помещении, где проводят поверку 84…106,7 кПа
(630…800 мм. рт. ст). Колебания давления окружающего воздуха,
которые могут привести к отличию давления, воспринимаемого
эталонным средством и поверяемым преобразователем должны
отсутствовать.
54
Вибрация, тряска, удары, наклоны и магнитные поля, кроме
земного, влияющие на работу преобразователя должны быть
исключены.
Напряжение питания номинальное ± 2% (36±0,72) В. Пульсации
напряжения питания не более ± 0,5 % от номинального.
Сопротивление нагрузки:
(500±50) Ом для преобразователей с выходным сигналом 0…20
мА и 4…20 мА;
(1200±50) Ом для преобразователей с выходным сигналом
0…5 мА.
Рабочая среда для давлений до 2,5 МПа включительно – воздух
или нейтральный газ, более – жидкость.
Допускается использовать жидкость при поверке
преобразователей с верхними пределами 0,4…2,5 МПа при условии
тщательного заполнения системы жидкостью, воздух – при поверке
преобразователей с верхними пределами до 60 МПа.
Подготовка к поверке
Перед поверкой преобразователи должны быть выдержаны при
температуре поверки не менее 3 часов.
Перед поверкой преобразователи должны быть выдержаны после
включения питания не менее 0,5 часа.
Преобразователи должны быть установлены в рабочее
положение.
Система должна быть проверена на герметичность.
Операции поверки
Внешний осмотр
Опробование
Проверяется работоспособность: изменяется давление от
нижнего до верхнего предельных значений, при этом должно
наблюдаться изменение выходного сигнала.
При проверке работоспособности преобразователей давленияразрежения работоспособность проверяют только при избыточном
давлении.
Работоспособность преобразователей разрежения с верхним
пределом 100 кПа проверяют при изменении разряжения до значения
0,9 атмосферного давления (не менее).
55
Проверяется функционирование корректора нуля. При давлении
в соответствии технической документацией корректором нуля
возвращают показания к начальному значению. Сбрасывают
давление и корректором выходной сигнал возвращают показания
к начальному значению.
Герметичность рекомендуется проверять одновременно
с определением основной погрешности.
Определение основной погрешности и вариации при
линейной возрастающей функции преобразования
Вариацию не определяют если предел ее опускаемого значения
меньше или равен половине предела допускаемой основной
погрешности.
Погрешность определяется в 5-ти точках диапазона измерения,
включая начальную и конечную. Интервал между точками не более
30 % диапазона измерения.
Согласно ГОСТ 22520–85 при приемосдаточных испытаниях
погрешность определяют не менее чем при 5 значениях измеряемой
величины.
Перед поверкой при необходимости корректируют значения
выходного сигнала при нижнем и верхнем значении измеряемой
величины.
Погрешность определяют при прямом и обратном ходе. Перед
обратным ходом преобразователь выдерживается при верхнем
предельном значении давления не менее 1 минуты.
Значения измеряемого параметра, при котором определяют
погрешности при обратном ходе, могут отличаться от значений при
прямом ходе не более, чем на 5% от ширины диапазона измерений.
В соответствии с МИ 1997 Погрешность может определяться
тремя способами:
1 – по выходному сигналу; 2 – по значению измеряемой
величины 3 – сравнением выходных сигналов поверяемого
и эталонного преобразователя.
На практике применяется первый способ.
При определении погрешности по первому способу по эталону
давления устанавливают номинальное значение давления
и определяют значения выходного сигнала. Погрешность
рассчитывается по формулам:
56
при прямом измерении тока
100
-
-
γ
0m
p
д
II
II
100
-
-
γ
0m
p
д
UU
UU
100
-
-
γ
0m
p
д
NN
NN
)(
0
0
0
0p
pp
pp
II
II
m
m
)(
0
0
0
0p
pp
UU
UU
UU
m
m
100
-
γ
0m
-
г
II
II
100
-
γ
0m
-
г
UU
UU
100
-
γ
0m
-
г
NN
NN
100
-
γ
m
дном
д
р
рр
100γ
m
дд
г
р
рр
,
при косвенном измерении тока
.
При поверке преобразователей с цифровым выходным сигналом
,
здесь I и U – значения тока или напряжения, определенные
эталонным прибором;
N – значение цифрового выходного сигнала.
Ip и Up – расчетные значения тока или напряжения.
;
.
Вариация, соответственно,
;
;
.
Знак «+» и «–» соответствует значениям, полученным при
прямом и обратном ходе.
При втором способе определения погрешности (по входу).
Изменяется давление, по эталонному средству измерения выходного
сигнала устанавливается расчетное значение, а по эталонному
средству измерения давления определяется действительное значение
давления рд
Рассчитывается погрешность и вариация
;
,
где р
– номинальное значение измеряемого давления при
ном
расчетном значении выходного сигнала
рд – действительное значение давления.
57
В настоящее время и поверке преобразователей давления нашли
широкое применение калибраторы. В состав калибратора входит
эталонный преобразователь давления и средство измерения
выходного тока поверяемого преобразователя. Погрешность
вычисляется автоматически.
В тех случаях, когда установленные давления при прямом
и обратном ходе отличаются друг от друга в пределах 5 %, вариация
вычисляется по формуле
где γд– и γ
γг = γд– – γ
значения приведенной погрешности соответственно
д+
д+,
при обратном и прямом ходе.
В соответствии с МИ 1997 при периодической поверке
погрешность определяется в два цикла:
первым до корректировки диапазона выходного сигнала без
настройки. Если получены значения погрешности γ > 1,25γо
преобразователь бракуется;
вторым после корректировки. Если получены значения
погрешности γ > γк∙γо преобразователь бракуется.
Если γв < 0,5γо, вариацию не определяют.
С учетом длительности межповерочного интервала, если
следовать проводить поверку без корректировки, преобразователь
при первом цикле будет отбракован. Фактически перед поверкой
преобразователь должен быть предварительно настроен.
Контрольные вопросы к подразделу 4.
1. Опишите принцип действия тензорезистивного преобразователя
давления.
2. Опишите принцип действия емкостного преобразователя давления.
3. Опишите принцип действия частотно-резонансного преобразователя
давления.
4. Перечислите нормируемые метрологические характеристике
измерительных преобразователей давления.
5. Перечислите операции поверки преобразователей давления в
соответствии с МИ1997.
6. Приведите формулы для расчета погрешности при прямом и
косвенном измерении тока при поверке.
7. Как выбирается контрольный допуск при поверке преобразователей
давления?
58
5. ГРУЗОПОРШНЕВЫЕ МАНОМЕТРЫ
5.1. Принцип действия
Впервые грузопоршневой манометр был применен для измерения
давления Перкинсом в 1820 году. Грузопоршневые манометры
обладают высокой точностью и широким диапазоном измерения.
Строго говоря, они не являются измерительными приборами, т.е.
манометрами. Они обеспечивают воспроизведение давлений при
поверке и калибровке. Фактически это многозначные меры давления.
Более точное и правильное наименование грузопоршневые
калибраторы давления. Они применятся в качестве эталонных
средств измерений избыточного и абсолютного давления,
вакуумметров, мановакуумметров.
Схема грузопоршневого манометра избыточного давления
приведена на рис. 32.
Рис. 32. Схема грузопоршневого манометра избыточного давления:
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – грузы; 4 – пресс; 5 – сосуд для заполнения
прибора маслом; 6 – поверяемый прибор; 7 – вентиль
Принцип действия грузопоршневого манометра с простым
поршнем основан на компенсации давления рабочей жидкости во
внутренней полости прибора давлением, создаваемым специальным
поршнем с наложенными на него грузами.
59
Гидравлический пресс 4 служит для создания необходимого
F
G
P
давления, которое через рабочую жидкость передается к поверяемому
манометру 6. Одновременно давление воздействует на поршень 2
манометра, перемещающийся внутри канала цилиндра 1.
Для измерения давления на поршень накладывают грузы 3
массой, необходимой для создания поршнем давления, равного
давлению рабочей жидкости.
Равенство давлений контролируют по глубине погружения
поршня, снабженного фиксирующим устройством.
Давление масла, действующее на поршень грузопоршневого
манометра и на чувствительный элемент градуируемого
деформационного манометра, можно выразить соотношением
,
где G – общий вес поршня, грузов и грузоприемного устройства;
F – приведенная площадь поршня.
Значение приведенной (эффективной) площади поршня зависит
от вида его уплотнения. В настоящее время применяются колонки со
свободно перемещающимся поршнем без специального уплотнения.
Уплотнение обеспечивается за счет малого зазора между цилиндром
и поршнем, который составляет 1…5 мкм.
Для исключения сухого трения поршень вращают по часовой
стрелке со скоростью 30…120 обмин. При вращении зазор
заполняется рабочей жидкостью, обеспечивая постоянную смазку
поршня. Так как зазор между поршнем и цилиндром заполнен
рабочей жидкостью, давление под поршнем определяется не только
действием поршня
с грузами, но и силами гидравлического трения в зазоре.
В качестве смазывающей жидкости используются керосин,
трансформаторное масло, касторовое масло.
Отсчет показаний проводят при определенной глубине
погружения поршня в канал цилиндра. Глубина погружения поршня
контролируется по специальной отметке на корпусе прибора.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]