
- •Хромой Борис Петрович
- •Глава 6. Методы измерения напряжения и мощности
- •8.4.Измерение амплитудно-частотных характеристик.
- •11.2. Нормативно-правовые основы метрологии.
- •11.3. Нормативные документы по поверке и калибровке средств измерений.
- •Стандарты:
- •Инструкции.
- •11.4.Поверка средств измерений.
- •11.5. Периодическая поверка средств измерений.
- •11.10. Метрологическая аттестация средств измерений и испытательного оборудования
- •Для получения права проведения поверочных и калибровочных работ необходима метрологическая аттестация испытательного оборудования.
- •11.11.Выбор метода поверки и рабочих эталонов.
- •21. ГОСТ 12.1 – ГОСТ 12.4. Серия системы стандартов безопасности труда (ССБТ)
- •52. Вострокнутов Н.Н. Цифровые измерительные устройства. М.: издательство Эноргоатомиздат, 1990.
- •53. Хромой Б.П., Моисеев Ю.Г. Электрорадиоизмерения: учебник для техникумов,М.: издательство Радио и связь,1985.
- •54. Блюдин Е.К. и др. Портативные осциллографы. М.:издательство Сов. радио,1978.
506
• инспекционный контроль за соблюдением аккредитованными МС требований к проведению калибровочных работ.
Российская система калибровки имеет свой знак, наносимый на калиброванное СИ. Его форма и размеры приведены в правилах ПР 50.2.017—95.
Организация, выполняющая калибровочные работы, должна иметь:
•поверенные и идентифицированные средства калибровки — эталоны, установки и другие СИ, применяемые при калибровке в соответствии с установленными правилами. Они призваны обеспечить передачу размера единиц от государственных эталонов калибруемым СИ;
•документы, регламентирующие организацию и проведение калибровочных работ. К ним относятся документ на область аккредитации, документация на средства измерений и калибровки, нормативные документы ГСИ на калибровку, процедуры калибровки и использования ее данных;
•профессионально подготовленный и квалифицированный персонал;
•помещения, удовлетворяющие нормативным требованиям.
Результаты калибровки удостоверяются калибровочным знаком, наносимым на СИ, или Свидетельством о калибровке, а также записью в эксплуатационные документы. Требования к калибровочным лабораториям приведены в ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025—2000.
11.10. Метрологическая аттестация средств измерений и испытательного оборудования
Для получения права проведения поверочных и калибровочных работ необходима метрологическая аттестация испытательного оборудования.
Метрологическая аттестация — это признание средства измерений (испытаний) узаконенным для применения (с указанием его метрологического назначения и MX) на основании тщательных исследований метрологических свойств этого средства. Метрологическая аттестация проводится в соответствии с ГОСТ 8.326—89.
Основными задачами аттестации СИ являются:
•·определение MX и установление их соответствия требованиям нормативной документации;
•·установление перечня MX, подлежащих контролю при поверке;
507
• ·опробование методики поверки.
Метрологическая аттестация проводится органами государственной или ведомственной МС по специально разработанной и утвержденной программе. Результаты оформляются в виде протокола определенной формы. При положительных результатах выдается Свидетельство о метрологической аттестации установленной формы.
Между измерением и испытанием имеется различие, состоящее в том, что погрешность испытания складывается из погрешности измерения и погрешности воспроизведения режимов испытания. Измерение можно считать частным случаем испытания, при котором условия последнего не представляют интереса. В соответствии с этим существует различие в аттестации СИ и испытательного оборудования, основные положения и порядок проведения которого приведены в ГОСТ Р 8.568—97.
Основная цель аттестации испытательного оборудования — подтверждение возможности воспроизведения условий испытаний в пределах допустимых отклонений и установление пригодности использования данного оборудования в соответствии с его назначением.
Аттестация, как и поверка, бывает первичной, периодической и повторной. Первичная аттестация заключается в экспертизе эксплуатационной документации, экспериментальном определении технических характеристик испытательного оборудования и подтверждении пригодности его к использованию. Технические и метрологические характеристики, подлежащие определению, выбирают из числа нормированных и установленных в документации характеристик. Они должны определять возможность оборудования воспроизводить условия испытаний в течение установленного времени.
Впроцессе первичной аттестации устанавливают:
•·возможность воспроизведения внешних воздействующих факторов и (или) режимов функционирования объекта испытания, установленных в документах на методики испытаний конкретных видов продукции;
•·отклонения параметров условий испытаний от нормированных значений;
•·обеспечение безопасности персонала и отсутствие вредного воздействия на окружающую среду;
•·перечень характеристик оборудования, которые должны проверяться при периодической аттестации, а также методы, средства и периодичность ее применения.
508
Периодическую аттестацию проводят в процессе эксплуатации испытательного оборудования в объеме, необходимом для подтверждения соответствия его характеристик требованиям нормативных документов на методики испытаний и эксплуатационных документов. Результаты аттестации оформляются протоколом. При положительных результатах на оборудование выдается аттестат определенной формы и делается запись в эксплуатационные документы.
11.11.Выбор метода поверки и рабочих эталонов.
Поскольку поверка связана с измерениями, в основу классификации методов поверки можно казалось бы положить хорошо известные методы измерений. Как известно, все методы измерений можно разбить на две группы: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой. Напомним, что метод непосредственной оценки позволяет оценить измеряемую величину по отсчётному устройству измерительного прибора прямого действия. Поскольку процесс поверки есть процесс измерения, этот метод может успешно использоваться для решения поставленной задачи.
Метод сравнения с мерой подразумевает использование принципа сравнения измеряемой физической величины с величиной воспроизводимой мерой. Данный метод имеет разновидности: нулевой, дифференциальный, замещения, совпадений. Этот метод и его разновидности так же могут использоваться для целей поверки. Однако классифицировать методы поверки по применяемому методу измерения не представляется правильным. Дело в том, что измерительная процедура является необходимой но не единственной оставляющей общей процедуры поверки. Основной вопрос, который решается в данном случае заключается не в определении значения физической величины, а определении погрешности средства измерений. Поэтому в основу классификации методов поверки следует положить способ с помощью которого определяется погрешность поверяемого средства измерения.
Первая группа методов поверки, основана на непосредственном сличении показаний поверяемого средства измерений с показаниями образцового средства измерений того же вида.
Эта группа метод широко применяется при поверке различных средств измерений электрических величин. Как правило, это приборы непосредственной оценки,
509
предназначенные для измерения тока, напряжения, частоты и т.п. В основу метода положено одновременное измерение одного и того же значения физической величины Х аналогичными по роду измеряемой величины поверяемым и образцовым приборами.
При поверке данным методом устанавливают требуемое значение Х, затем сравнивают показания поверяемого прибора ХП с показаниями Х0 образцового и определяют
разность = X П − XO . Разность |
равна абсолютной погрешности поверяемого прибора, |
||
которую приводят к нормированному значению ХN для получения приведенной погрешности |
|||
γ = |
|
100% . |
|
|
|
||
|
Х N |
|
Этот метод может быть реализован двумя способами:
а) регистрацией совмещений. При этом указатель поверяемого прибора путем изменения входного сигнала совмещают с поверяемой отметкой шкалы, а погрешность определяют расчетным путем как разность между показанием поверяемого прибора (рис. 12.1а) и действительным значением, определяемым по показанию образцового прибора (рис. 12.1б);

510
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
а)
0 |
|
|
1 |
2 |
|
|
3 |
4 |
|
5 |
6 |
|
|
7 |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.11.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
б) отсчитыванием |
погрешности |
по |
шкале |
|
поверяемого |
прибора. При этом |
номинальное значение для поверяемой отметки шкалы размера физической величины устанавливают по образцовому прибору (рис.11.2а), а погрешность определяют по расстоянию между поверяемой отметкой поверяемого прибора и его указателем (рис. 11.2б).
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
|
а) |
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
б)
Рис.11.2
511
Первый способ удобен тем, что позволяет точно определить погрешность по образцовому прибору, шкала которого обычно имеет большее число делений, а отсчётное устройство обеспечивает минимальную погрешность отсчета вследствие параллакса.
Второй способ удобен в том случае, когда поверяется одновременно несколько приборов с помощью одного образцового. Недостатки этого способа: нелинейность шкал аналоговых поверяемых приборов и неточность нанесения промежуточных делений. Но это не относится к цифровым приборам с несвойственной им погрешностью отсчета. При их поверке второй способ дает такую же точность, как и первый. Достоинства метода непосредственных сличений: простота, отсутствие необходимости применения сложного оборудования и др.
Вторая группа методов поверки, основана на сравнении показания поверяемого прибора ХП с показаниями образцовой меры ХО.М. В этом случае абсолютная погрешность поверяемого прибора = ХП - ХО.М. .
Реализация данных методов возможна не только с помощью непосредственного отсчета показаний поверяемого и образцового (рабочего эталона) средств измерений, но и с помощью компаратора. Компаратор(en comparator)- средство сравнения, предназначенное для сравнения мер однородных величин. Примером широко распространенного компаратора служат обычные рычажные весы
При сличении мер сопротивления, индуктивности, емкости в качестве компараторов используют мосты постоянного или переменного тока, а при сличении мер сопротивления и ЭДС - потенциометры. Сличение мер с помощью компараторов осуществляется методами противопоставления или замещения. Общим для этих методов поверки является выработка сигнала о наличии разности размеров сравниваемых величин. Если этот сигнал путем подбора, образцовой меры или путем принудительного измерения ее размера будет сведен к нулю, то этот метод получает наименование нулевой метод. Если же с помощью компаратора оценивается разность размеров физических величин, то метод называется дифференциальным. Дифференциальный метод при уменьшении разности физических величин превращается в нулевой метод.
При последовательном воздействии на компаратор двух физических величин реализуется метод замещения. Примечательно, что измеряемые величины подаются последовательно на один и тот же вход компаратора, что и приводит к увеличению точности
512
поверки, по сравнению с тем случаем, когда используются оба входа компаратора. В данном случае исключается влияние несимметрии цепей.
Метод замещения позволяет получить высокую точность поверки, однако реализация его нулевого варианта требует наличия средства измерения, позволяющего воспроизводить любое значение физической величины без существенного понижения точности. Это же касается и дифференциального метода, который позволяет получить достоверные результаты сличения двух средств измерений даже при применении сравнительно грубых средств для измерения разности. Вместе с тем реализация этого метода требует наличия высокоточной образцовой меры с номинальным значением, близким к номинальному значению сличаемой меры.
Практическая реализация методов прямого измерения предъявляет к мерам, используемым в качестве образцовых средств измерений, ряд специфических требований. Наиболее характерными из них являются: возможность воспроизведения мерой той физической величины, в единицах которой градуировано поверяемое средство измерений; достаточный для перекрытия всего диапазона измерений поверяемого средства измерений диапазон физических величин, воспроизводимых мерой; соответствие точности меры, а в ряде случаев ее типа и плавности изменения размера требованиям, оговариваемым в НТД на методы и средства поверки средств измерений данного вида.
Как и при поверке методом непосредственного сличения, определения основной погрешности поверяемого средства измерений проводят двумя способами:
•изменением размера меры до совмещения указателя поверяемого средства измерений
споверяемой отметкой, т.е. методом непосредственной оценки, или до достижения равновесия схемы, т.е. поверкой приборов сравнения с последующим определением
абсолютной погрешности как разности между показанием средства измерений ХП и действительным значением меры Х0;
• предварительной установкой размера меры Хо, равного номинальному для данного показания поверяемого средства измерений и последующим отсчетом показания ХП по его
отсчетному устройству и определением погрешности |
как разности ХП – Х0 . |
|
Реализация первого способа, обладающего |
рядом преимуществом, |
может быть |
осуществлена только при наличии магазина мера, позволяющего плавно изменять воспроизводимую физическую величину. В ряде случаев непосредственно измерить размер
513
меры поверяемым средством измерений невозможно. В этом случае измеряют поверяемым средствам измерений некоторую промежуточную величину, которую в свою очередь непосредственно сопоставляют со значением образцовой меры. Например, поверка вольтметров путем сличения их показаний с мерой ЭДС с помощью потенциометра постоянного тока.
В поверочной деятельности широко применяют метод косвенных измерений величины, воспроизводимой мерой или измеряемым прибором. При реализации этого метода о действительном размере меры и измеряемой этим прибором величины судят на основании прямых измерений нескольких величин, связанных с искомой величиной определенной зависимостью. Метод применяется тогда, когда действительные значения величин, воспроизводимых мерой или измеряемые поверяемым СИ , невозможно определить прямым измерением или когда косвенные измерения более просты или более точны по сравнению с прямыми. На основании прямых измерений и по их данным выполняют расчет. Только путем расчета, основанного на определенных зависимостях между искомой величиной и результатами прямых измерений, определяют значение величины, т.е. находят результат косвенного измерения. При выполнении поверки методом косвенных измерений величин, измеряемых поверяемыми приборами или воспроизводимых подвергаемыми поверке мерам, следует учитывать тот факт, что конечный результат косвенного измерения всегда несет в себе составляющие погрешности прямых измерений.
Независимая (автономная) поверка, т.е. поверка без применения образцовых средств измерений, возникла при разработке особо точных средств измерений, которые не могут быть поверены ни одним из рассмотренных методов ввиду отсутствия еще более точных средств измерений с соответствующими пределами измерения. Сущность метода независимой (автономной) поверки, наиболее часто реализуемого при поверке приборов сравнения, заключается в сравнении величин, воспроизводимых отдельными элементами схем поверяемого средства измерений с величиной, выбранной в качестве опорной и конструктивно воспроизводимой в самом поверяемом СИ. Например, при поверке m-ой декады потенциометра необходимо убедиться в равенстве падений напряжений на каждой n- ой ступени этой декады. Для этого, выбрав в качестве опорной величины сопротивление первой ступени декады, можно с помощью компаратора поочередно сравнивать падения напряжения на каждой n-ой ступени с падением напряжения на этом сопротивлении.
514
Переход от поверки предыдущей декады к последующей осуществляется сравнением падения напряжения на сумме всех ступеней последующей декады с номинально одинаковым падением напряжения на второй ступени предыдущей декады. Метод трудоемок, но позволяет определить поправки с высокой точностью непосредственно на месте эксплуатации поверяемого СИ, что способствует контролю его метрологических характеристик.
Реализация методов поверки осуществляется путем комплектной или
поэлементной поверки.
При комплектной поверке средство измерений поверяют в полном комплекте его составных частей, без нарушения взаимосвязи между ними. Погрешности, которые при этом определяют, рассматривают как погрешности, свойственные поверяемому СИ как единому целому. При этом СИ находится в условиях, максимально приближенным к условиям эксплуатации, что позволяет в ходе поверки попутно выявить многие, присущие поверяемому СИ недостатки: дефекты внутреннего монтажа, неисправности переключающих устройств и т.п. С учетом простоты и хорошей достоверности результатов комплектной поверке всегда, когда это возможно, отдают предпочтение.
В случае невозможности реализации комплектной поверки, ввиду отсутствия образцовых средств измерений, несоответствия их требований точностям или пределам измерений, применяют поэлементную поверку. Поэлементная поверка СИэта поверка, при которой его погрешности определяют по погрешностям отдельных частей. Затем по полученным данным расчетным путем определяют погрешности, свойственные поверяемому СИ как единому целому. При этом предполагают, что закономерности взаимодействия отдельных частей СИ точно известны, а возможности посторонних влияний на его показания исключены или поддаются точному учету. Область применения поэлементной поверки обширна и в ряде случаев является единственно возможной.
Весьма широко поэлементную поверку используют при поверке сложных средств измерений, состоящих из компаратора со встроенным в него образцовыми мерами. Следует особо отметить, что по результатам поэлементной поверки, если действительная погрешность превышает допускаемую, то можно непосредственно установить причину неисправности СИ.
515
Существенным недостатком поэлементной поверки является ее трудоемкость и сложность реализации по сравнению с комплектной поверкой.
11.12.Сокращение объема поверочных работ.
Установленные НТД объемы поверочных работ являются, как правило, значительными, требуют больших трудозатрат и длительного изъятия средств измерений из обращения, что влияет на снижение готовности устройств к применению, а следовательно, и их эффективность.
Поверка средств измерений в полном объеме, установленном НТД, в ряде случаев становится неоправданной. Так, из опыта эксплуатации конкретных средств измерений известно, что значительное число их не используется на всех диапазонах и пределах измерений и не все нормируемые метрологические характеристики необходимы при оценке точности выполняемых измерений. Это обусловлено некоторыми объективными причинами. Например, большинство радиоизмерительных приборов являются многофункциональными, а электроизмерительные приборы класса точности 0,5 и выше — многопредельными.
Для телекоммуникационных систем, как правило, специально разрабатываются СИ узковедомственного назначения. Средства измерений поставляются обычно комплектами для соответствующих систем передачи. Эти комплекты СИ многоцелевого назначения согласованы по назначению, диапазонам уровней и частот с системами, с которыми они эксплуатируются. Однако на конкретных рабочих местах или в пределах одного цеха ряд СИ используется весьма ограниченно. В процессе применения СИ может не использоваться на всех пределах, во всех диапазонах, во всех режимах и при. всех видах измерений, для работы на которых предназначено по паспортным данным.
Положительный эффект от введения поверки средств измерений по сокращенной программе выражается в следующем:
•снижаются трудозатраты на поверочные работы и время изъятия средств измерений из сферы применения их по назначению;
•исключаются случаи забракования средств измерений на тех диапазонах и пределах измерений, а также по тем метрологическим характеристикам, которые практически не используются;
516
•повышаются характеристики надежности за счет снижения случаев забракования средств измерений из-за неисправности комплектующих элементов и отдельных блоков, не участвующих в работе средств измерений на ограниченных диапазонах, отдельных пределах измерений и не влияющих на метрологические характеристики;
•появляются возможности увеличения межповерочных интервалов;
•уменьшаются время восстановления и номенклатура требуемого для восстановления ЗИП (запасные части, инструменты, принадлежности и материалы);
•обеспечиваются возможность поверки средств измерений без демонтажа с технических устройств и автоматизация выполнения поверочных работ.
Недостатком поверки средств измерений по сокращенной программе является невозможность использования данных средств измерений на диапазонах, пределах измерений и с теми метрологическими характеристиками, поверка которых была исключена. Поверка средств измерений по сокращенной программе не должна нарушать единства и требуемой точности измерений. Соблюдение этих условий обусловливает требование к методу определения сокращенной программы поверки средств измерений.
Программу сокращенной поверки следует составлять так, чтобы исходя из конкретных условий применения средств измерений объем поверки был минимальным и за межповерочный интервал обеспечивалась погрешность измерений, определяемая нормируемыми значениями соответствующих метрологических характеристик.
Введение программы сокращенной поверки не должно приводить к созданию новой или дополнительной НТД на поверку средств измерений.
Исходя из специфики методов разработки программ сокращенной поверки целесообразно разделить средства измерений на широкодиапазонные, многопредельные и многоцелевые (комбинированные). К широкодиапазонным следует относить средства измерений, у которых область значений измеряемой (воспроизводимой) величины расширена, вид измеряемой или воспроизводимой физической величины (напряжение, ток, мощность и др.) фиксирован, а параметры данной физической величины (частотный диапазон и др.) имеют расширенную область значений. К многопредельным относят средства, позволяющие измерять одноименные физические величины па двух и более пределах; к многоцелевым (комбинированным) — средства, предназначенные для измерения ряда физических величин.
517
Как показал опыт поверки средств измерений по сокращенной программе, техникоэкономический эффект от ее введения становится значительным и такая поверка целесообразна тогда, когда при эксплуатации широкодиапазонных средств измерений используется менее 3/4 рабочего диапазона измерений; при эксплуатации многопредельных средств измерений не используется хотя бы один предел; при эксплуатации многоцелевых средств измерений не используется измерение хотя бы одной из физических величин.
Установив номенклатуру широкодиапазонных средств измерений, подлежащих поверке по сокращенной программе, необходимо определить принадлежность каждого из них к одной из следующих групп, характеризующей специфику метода определения поверяемых отметок и используемой для контроля:
а) измеренное значение параметра х соответствует номинальному значению ХN с заданным верхним ( Н) и нижним ( В ) значениями допусков, т. е. значение параметра х
должно находиться |
в пределах ХN - |
Н ≤ x ≤ ХN + В ; |
б) значение |
параметра х не должно превышать установленного значения А с |
|
заданным допуском + , т. е. х ≤ А + |
; |
в) значение параметра х должно быть не менее установленного значения параметра А с заданным допуском ─Δ, т.е. х ≥ А─Δ;
г) значение параметра ограничено диапазоном (A1... .. A2 ) в рабочей части шкалы A1─Δ ≤ х ≤ A2+ . Для этой группы за принимаются допустимые отклонения в граничных точках измерений параметра A1и A2.
В основе метода определения поверяемых отметок по сокращенной программе лежит следующее положение. Поверяемые отметки должны перекрывать используемый диапазон измерения, или границы используемого диапазона должны быть приближены к соответствующим крайним поверяемым отметкам, погрешности которых будут отличаться от погрешностей в граничных точках диапазона измерений на ничтожно малое значение. Для обеспечения максимального эффекта от сокращенной программы необходимо минимальное перекрытие используемого диапазона.
Определение поверяемых отметок средства измерений по программе сокращенной поверки начинают с установления нижней (АН) и верхней (АВ ) границ используемого диапазона измерений. Нормативно-технической документацией на методы и средства поверки многопредельных средств измерений предусматривается поверка основного
518
предела измерений всех поверяемых отметок, а остальных пределов — выборочно в двух отметках. Для средств измерений, используемых при эксплуатации не на всех пределах, это правило неприменимо тогда, когда основной предел не используется или используется в более узком диапазоне, чем некоторые другие пределы. Правило также не предусматривает исключения из состава поверяемых тех пределов, которые не используются при эксплуатации средства измерений. Однако это правило правомерно положить в основу метода определения поверяемых пределов многопредельных средств измерений, используемых при эксплуатации не на всех пределах, но при этом поверять только используемые пределы и диапазоны измерений па этих пределах. Таким образом, метод предусматривает исключение из состава поверяемых тех пределов, которые при эксплуатации средств измерений не используются. Когда установленный НТД основной предел не используется в более узком диапазоне, чем другие пределы, встает вопрос, какой из используемых пределов измерений следует принять за основной. Достоверность поверки будет более высокой, а трудозатраты максимально снижены, если за основной предел будет принят тот, у которого используемый диапазон занимает наибольшую область.
Болеесложнорешаетсявопрос, еслинеиспользуетсяосновнойпределизмерений, накотором нормирована погрешность градуировки шкалы. При одинаковой основной погрешности на всех пределах измерений в качестве основного при поверке при сокращенной программе допускается выбирать такой, на котором область измеряемых значений занимает наибольшую часть. Эффект от сокращения объема поверки будет при этом максимальным. Для определения нового основного предела измерений находится относительное перекрытие областью используемых значений на каждомприменяемомпределе:
γi |
= |
xi2 − xi1 |
, |
( 11.1) |
|
||||
|
|
xнормi |
|
где хi1 и хi2 - верхняя и нижняя границы используемой части рассматриваемого i-ro предела измерений; хнорм i -нормирующее значение на i-м пределе.
Затем определяют максимальную величину γi макс . За максимальное значение коэффициента перекрытия выбирается тот коэффициент, который является наибольшим в одном из рассматриваемыхпределовизмерений. Далее устанавливаются границы области, в пределах которой
519
находятся все подлежащие поверке отметки на шкале, принятой за основную. Для этого производится расширение используемой области с тем, чтобы перекрыть все числовые отметки, включаяиспользуемыеприизмеренияхнанеосновныхпределах:
xнIi = xнорм.о |
xнi |
|
; |
(11.2) |
||
|
|
|||||
|
|
|
xнорм.i |
|
||
xвIi |
= xнорм.о |
|
xвi |
, |
|
(11.3) |
xнорм.i |
|
|||||
|
|
|
|
|
где хнорм о- нормирующее значение на основном пределе, хнi и хвi - соответственно нижняя верхняя границы i-го поддиапазона.
Далее сокращение объема поверки возможно путем такого выбора поверяемых отметок, при котором, с одной стороны, их число было бы минимальными, а с другой - таким, что бы по результатам поверки в этих отметках можно было бы признать СИ годным или дефектным в ограниченной области с требуемой достоверностью.
В качестве поверяемых в научнотехнической документации по поверке, разумеется, сохраняются все отметки, вошедшие в используемый диапазон измерений. Дополнительно к ним берутся для поверки также отметки прилегающие к крайним поверяемым, если полагается, что погрешность на краях используемых областей может существенно отличаться от таковой в крайних отметках. В простейшем случае в качестве критерия отличия погрешностей в прилагаемых отметках берется критерий ничтожных погрешностей (критерий 1/3). Используется также линейная аппроксимация зависимости погрешности от показаний в трех соседних отметках, полагая, что эта зависимость незначительна. Обозначим отметки, ближайшие к нижней и верхней граничным х1, х2, как x1′, x′2 для лежащих внутри используемого диапазона значений и как x1′′, x′2′ для близлежащих вне этого диапазона. Тогда критерий целесообразности включения точек х1, х2, в число поверяемых можно сформулировать через пропорцию в виде неравенств:
(x1′ − x1 )> |
(x1′ |
− x1′′) |
|
|
(11.4) |
||
|
3 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′′ |
′ |
|
|
|
′′ |
− x2 )> |
(x2 |
− x2 ) |
. |
(11.5) |
||
|
|
||||||
(x2 |
|
|
3 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
520
11.13. Выбор рабочих эталонов для поверочных работ по критерию точности.
При проведении поверочных работ наибольшую трудность составляет подбор рабочих эталонов, обеспечивающих необходимую точность поверки. Обычно в заводском описании прибора приводится схема поверки и дается список рекомендованных СИ для проведения поверки. Часто случается, что рекомендуемых СИ нет в наличии и возникает вопрос об эквивалентной замене. В ряде случаев такая замена не представляет трудностей. Особенно это касается достаточно старых аналоговых СИ, обладающих сравнительно невысокой точностью. Однако использование слишком дорогих рабочих эталонов, имеющих большой запас по точности не рационально. Поэтому возникает вопрос о расчете максимально допустимой погрешности рабочего эталона по классу точности поверяемого СИ. К сожалению, из-за того, что у выпущенных в разное время СИ, даже относящихся к одному типу, класс точности устанавливался по разным ГОСТ дать общие рекомендации, одинаково применимые ко всем средствам измерений, не представляется возможным. Поэтому методика расчета допустимой погрешности рабочих эталонов будет установлена на ряде конкретных примеров.
При поверке СИ выясняется не выходят ли его погрешности за пределы установленных норм, т.е. фактически процедура поверки является допусковым контролем параметров СИ. Поэтому для решения задачи выбора рабочих эталонов можно воспользоваться математическим аппаратом, обычно применяемым при допусковом контроле. Исходными данными в этом случае являются:
•состав, номинальные значения и диапазоны значений хН ...хВ,, а также частотные диапазоны контролируемых параметров;
•допустимые значения вероятностей ложного αО1,доп и необнаруженного βО1,доп отказов для каждого контролируемого параметра;
•границы поля допуска на значения контролируемых параметров.
При выборе средства измерений для контроля параметра устройства предел допускаемых погрешностей измерений доп определяют, исходя из заданных значений условных вероятностей ложного и необнаруженного отказов. При гауссовских законах распределения значений контролируемого параметра и погрешности измерений, равенстве

521
контрольных и технических (отказовых) допусков αО1,доп и βО1,доп вычисляют следующие
отношения: |
|
r = σ y /σ x , |
(11.6) |
K1(2) = н 1(2) /σx , |
(11.7) |
где σх — среднее квадратическое отклонение контролируемого параметра; σу — среднее квадратическое отклонение погрешности измерений указанного параметра; н1(2)
половина ширины поля допуска на контролируемый параметр от номинального значения параметра до левой (правой) границы поля допуска.
Рис.11.3
Значения αо1 и βо1 для разных значений r и К приведены на номограммах рис.11.3.
Для иллюстрации рассмотрим выбор рабочего эталона для поверки вольтметра класса точности 2,0 и верхним пределом измерений 150 В.
а)допускаемое отклонение показаний определяем из соотношения γ = X N 100 . Откуда
= γ100X N = 2100150 = ±3B ;

522
б)закон распределения значений контролируемого параметра гауссовский со средним квадратическим отклонением σх= 2,1 В;
в) допускаемые значения условных вероятностей ложного отказа αО1,доп =0,02 и
βО1,доп=0,01;
г) по формуле (11.7) определяем K1(2) = ± 23,1 =1,42;
д) по номограмме рис. 11.3а выбираем значение r=0,2 , для которого αО1≤ αО1,доп;
е) по номограмме рис. 11.3б выбираем значение r=0,17 , для которого βО1 ≤ βО1,доп;
ж) наименьшее из полученных значений r=0,17 используем для определения
среднеквадратического значения погрешности σх.доп.= σх··r=2,1·0,17=0,36;
з) предел требуемого допускаемого значения погрешности измерений параметра для доверительной вероятности Р=0,997 составит тр=3σх.доп=3·0,36 ≈1,1;
и) требуемый класс точности рабочего эталонаKТР |
= |
100 |
ТР |
= |
100 1,1 |
= 0,73; |
|||
|
X N |
|
|
150 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
к) выбираем ближайший, но более «высокий» класс точности Кобр= 0,5; л) для выбранного класса точности образцового СИ абсолютная погрешность
обр = Кобр ХN = 0,5 150 = ±0,75В ; 100 100
м) предел погрешности рабочего эталона значительно ниже допускаемого отклонения поверяемого СИ, определенного в пункте -а) и составляющего ±3 В. Отношение / обр= 3/0,75=4.
Основной вывод из приведенного расчета заключается в том, что рабочий эталон должен иметь погрешность в 4 раза меньшую, чем поверяемый. В метрологической практике в зависимости от класса точности поверяемого СИ , принято считать, что погрешность рабочего эталона должна в 3….5 раз быть ниже погрешности поверяемого СИ. Для СИ высокой точности допускается значение 3, а для менее точных до 5. Это объясняется тем, что для высокоточных СИ труднее подобрать рабочий эталон.
523
11.14. Методики поверки средств измерений.
Существуют стандарты и нормативно-технические документы, определяющие методы и средства поверки. Эти документы содержат общие положения, которые необходимо соблюдать при поверке приборов. Например, МИ 1202 – 86 ГСП Приборы и преобразователи измерительные напряжения, тока и сопротивления цифровые. Общие требования к методике поверки. При составлении методики поверки определенных типов средств измерений следует изучить государственные поверочные схемы. Например, МИ 2097-90 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерения электрической ёмкости в диапазоне частот 1-100 МГц.
Наиболее простой задачей является разработка методики поверки приборов прямого действия, т.е. приборов в которых осуществляется одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации без применения обратной связи. Приборы этого типа составляют основную массу электроизмерительных приборов В эту группу входят амперметры, вольтметры, омметры, ваттметры, а также комбинированные приборы.
Общими для приборов прямого действия являются следующие операции выполняемые при поверке:
•внешний осмотр прибора;
•опробование;
•определение влияния наклона на показания прибора;
•проверка электрической прочности изоляции и определение сопротивления изоляции;
•определение основной погрешности и вариации показаний; определение величины
невозвращения указателя к нулевой отметке шкалы;
•определение времени успокоения подвижной части прибора;
•определение погрешности срабатывания контактного устройства;
•определение погрешности регистрации показаний.
Конкретный перечень обязательного минимума операций устанавливается в зависимости от назначения прибора и вида поверки.
Условия поверки. При поверке приборов должны соблюдаться нормальные условия как для поверяемого прибора, так и для образцовых СИ. Поскольку образцовые СИ имеют
524
более высокую точность, область нормальных значений для них более узкая, поэтому условия поверки, как правило, определяются нормальными условиями именно образцовых, а не поверяемых СИ. Нормальные значения влияющих величин указываются на приборе или в технической документации. Когда такие указания отсутствуют, следует руководствоваться значениями:
•температура окружающей среды 200С;
•положение в пространстве любое между горизонтальным и вертикальным;
•напряженность электрического поля практически отсутствует;
•ориентация относительно магнитного поля Земли любая;
•частота питающей сети от 45-65 Гц;
•форма кривой переменного напряжения синусоидальная;
•коэффициент переменной составляющей постоянного тока (напряжения) равен нулю.
При наличии указанных нормальных значений допускаются некоторые отклонения:
•допустимые отклонения температура окружающей среды ±20 С для приборов классов точности 0,05-0,5; ±50 С для приборов классов точности 1-5;
•отклонение положения в пространстве ± 10 С или 1/10 рабочей области применения (меньшее из двух значений)
•отклонение частоты питающей сети ± 0,1%;
•допускаемый коэффициент гармоник питающего напряжения 1% для выпрямительных приборов классов точности 0,05-0,5 и 2% для выпрямительных приборов 1-5, 5% для остальных приборов;
•коэффициент переменной составляющей постоянного тока (напряжения)1% для приборов классов точности0,05-0,2 и 3% для приборов классов точности 0,5-5.
Щитовые приборы перед поверкой прогревают при номинальной нагрузке в течение 15 мин. Переносные приборы прогревать не следует. Исключение составляют термоэлектрические приборы, которые прогреваются при номинальной нагрузке в течение 5 мин, и электронные приборы, время прогрева которых указывается в инструкции по эксплуатации.
525
Указатель прибора устанавливается корректором на отметку механического нуля до предварительного нагрева и в дальнейшем не должен вновь устанавливаться на эту отметку.
При поверке необходимо исключить влияние на прибор ферромагнитных масс, других приборов, внешних магнитных и электрических полей.
Внешний осмотр поверяемого прибора преследует две цели: сформулировать требования, которые будут предъявлены к прибору при поверке; выявить механические дефекты, которые могут препятствовать применению прибора независимо от правильности его показаний. На циферблаты и корпуса приборов наносятся условные обозначения, позволяющие получить полное представление о назначении и возможностях прибора.
Задачей внешнего осмотра является обнаружение дефектов, которые могут привести
кошибкам при измерениях, быстрой порче прибора. К. таким дефектам относятся:
•трещины и щели в корпусе прибора или местах соединений отдельных частей, через которые внутрь корпуса может проникнуть пыль или влага;
•стекло укреплено непрочно или имеет трещины;
•посторонние или отсоединившиеся предметы внутри прибора (такие предметы легко обнаружить на слух при переворачивании прибора);
•шкала прибора покороблена, отклеилась или загрязнена;
•зеркальная полоска, служащая для устранения погрешностей от параллакса, разбита или потускнела;
•искривлена стрелка прибора;
•разбивка шкалы на деления между основными числовыми отметками не соответствует общему характеру шкалы; например, шкала имеет квадратичный характер, т. е. сжата в начале и растянута в конце, в этом случае и деления между числовыми отметками должны иметь тот же характер; особенно это относится к приборам, вышедшим из ремонта;
•отсутствуют, расшатаны или повреждены зажимы» штепсели не соответствуют гнездам, неисправны переключатели.
При внешнем осмотре проверяется также работа корректора, который должен
позволять смещать указатель прибора в обе стороны от отметки механического нуля на 5 % длины шкалы и устанавливать его точно на нуль. Необходимо произвести внешний
526
осмотр масштабных измерительных преобразователей, применяемых совместно с поверяемым прибором. Их класс точности должен быть по крайней мере на ступень выше класса точности поверяемого прибора.
При обнаружении любого из перечисленных дефектов в приборе или применяемом совместно с ним измерительном преобразователе поверяемый прибор признается непригодным к применению и дальнейшей поверке не подлежит.
Опробование прибора ставит целью убедиться, что измерительный механизм прибора реагирует на изменение измеряемой величины, а органы регулировки прибора способны выполнять свои функции. В контактных приборах при этом проверяется работоспособность контактного устройства, а в самопишущих — устройства записи показаний. Операция опробования в достаточной мере специфична и зависит от вида поверяемого прибора.
Вприборах со световым указателем в процессе опробования проверяется работа осветительного устройства при всех напряжениях питания. Отсчетная риска на световом пятне должна быть отчетливо видна и должна перемещаться параллельно делениям. В омметрах проверяется работа регулирующего устройства, возможность установки стрелки на контрольную отметку шкалы.
Впроцессе опробования следует убедиться в отсутствии «затирания» подвижной части прибора. Для этого прибор подключают к источнику образцового сигнала или к образцовой регулируемой мере и плавно изменяют значение измеряемой величины от минимального до максимального и обратно. Указатель прибора при этом должен плавно перемещаться вдоль шкалы без рывков и заеданий.
Определение влияния наклона. Центр тяжести подвижной части прибора должен совпадать с ее осью вращения. Для уравновешивания на подвижной части имеются специальные противовесы, перемещением которых добиваются требуемого положения центра тяжести. Под влиянием различных причин центр тяжести может сместиться, что приводит к зависимости показаний от угла наклона прибора. Поэтому у всех приборов, не снабженных уровнем, проверяется влияние наклона на показания прибора. Отклонение прибора от обозначенного на нем рабочего положения в любом направлении на нормированный угол не должно вызывать изменения показаний больше, чем на значение предела допускаемой основной погрешности. Для создания соответствующих углов наклона в лаборатории следует иметь шаблоны с углами 1, 5, 10, 20, 30 и 45°.
527
Проверка электрической прочности и определение сопротивления изоляции.
Испытание электрической прочности изоляции токоведущих частей средств измерений обязательно производится при выпуске их из производства или ремонта. Изоляция между всеми изолированными электрическими цепями и корпусом средства измерения должна выдерживать в течение I мин действие переменного синусоидального напряжения частотой 50 Гц. Значение этого напряжения при нормальных температуре и влажности окружающего воздуха нормируется в зависимости от номинального напряжения средства измерения. В отдельных случаях испытание изоляции может производиться постоянным током и при повышенной влажности.
Для испытания изоляции применяются специальные установки, позволяющие плавно изменять напряжение от нуля до наибольшего значения испытательного напряжения. Основу установки составляют регулируемый автотрансформатор и повышающий трансформатор. Установка позволяет выходное напряжение плавно изменять от 0 до 2000 В. Контроль выходного напряжения осуществляется при помощи вольтметра, включенного во вторичную цепь трансформатора. В установке обычно предусматривается автоматическое отключение напряжения при увеличении выходного тока, т. е. при низком сопротивлении изоляции испытуемого прибора.
Определение времени успокоения подвижной части прибора. Под временем успокоения подвижной части прибора понимается время с момента изменения измеряемой величины до момента, когда отличие показания прибора от установившегося его показания не превысит 1 % длины шкалы. Определение времени успокоения обязательно производится при выпуске прибора из производства или ремонта, так как позволяет проверить правильность сборки успокоителя.
При определении времени успокоения необходимо правильно выбрать начальное и конечное положения подвижной части прибора, т. е. положение, которое должен занимать указатель до момента изменения измеряемой величины, и установившееся положение после ее изменения. Выбор указанных положений зависит от способа создания противодействующего момента в приборе и вида шкалы.
Для приборов с механическим или магнитным противодействующим моментом время успокоения определяется:
528
•при изменении измеряемой величины, обусловливающем перемещение указателя от нулевого положения до геометрической середины шкалы, — при односторонней шкале;
•при отклонении измеряемой величины от значения, соответствующего конечному значению шкалы, до нуля — при двусторонней симметричной шкале;
•при изменении измеряемой величины, обусловливающем перемещение указателя прибора приблизительно на половину длины шкалы, — при двусторонней несимметричной шкале.
Из сказанного видно, что во всех случаях одним из положений является положение, соответствующее нулевому значению измеряемой величины. Отсюда вытекает следующий порядок определения времени успокоения.
Прибор присоединяют к источнику питания измерительной цепи или к образцовой мере и в зависимости от конструкции прибора и вида шкалы устанавливают указатель прибора на соответствующую отметку шкалы. Затем, не меняя значения сигнала (или значения меры), прибор отключают и после успокоения колебаний указателя вновь включают.Характер успокоения может быть периодическим или колебательным. В первом случае указатель прибора плавно, без колебаний подходит к своему установившемуся значению. Во втором случае указатель, прежде чем остановиться, совершает одно или несколько колебаний вокруг отметки шкалы, соответствующей установившемуся значению.
Время успокоения измеряют при помощи секундомера. Измерение производится не менее трех раз. Среднее арифметическое значение полученных результатов измерения и будет временем успокоения колебаний подвижной части данного прибора. Для приборов термоэлектрической и электростатической систем и приборов с длиной стрелки более 150 мм время успокоения не должно превышать 6 с, для остальных приборов — 4 с.
Следующим этапом разработки методики поверки является выбор рабочих эталонов. Этот вопрос был рассмотрен в разделе 11.11. Конкретизируем рассмотренные там положения применительно прямопоказывающим приборам типа вольтметр и амперметр.
Как было ранее установлено в разделе 11.13. при применении метода непосредственного сличения соотношение допускаемой основной погрешности образцового СИ и поверяемого должно быть не более 1: 5 Допускается 1: 3 для поверки амперметров

529
класса 0,5 и более точных и 1: 4 при классе точности 1,0 и менее точных. При этом вариация показаний образцового СИ не должна превышать половины предела допускаемой погрешности.
Пределы измерений образцового и поверяемого СИ желательно иметь одинаковые. Можно допустить чтоб образцовое СИ имело более широкие пределы чем поверяемое, однако тогда он должен иметь более высокий класс точности. Если при поверке не используются масштабные преобразователи, то соотношение между классами точности устанавливается формулой
γ |
|
|
≤ |
αγ |
|
|
Хк.пов |
, |
|
11.8 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
обр |
|
|
пов Хк.обр |
|
|
||||
где α- требуемое соотношение по классу точности, γ |
обр |
предел допускаемой приведенной |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
погрешности образцового, γ |
пов |
- поверяемого СИ, |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Хк.пови Хк.обр- |
|
конечные |
значения диапазона измерений поверяемого и |
образцового СИ.
Применение данной формулы обязательно, что легко можно проследить из примера.
Пример1.
Определить необходимый класс точности образцового СИ для поверки амперметра класса точности 1,0 и верхним пределом измерений Хк.пов=1А.
В соответствии с требованиями стандарта образцовый амперметр должен иметь предел допускаемой погрешности в 4 раза меньше. Согласно этому положению класс
точности должен быть 14,0 = 0,25 . Поскольку такого класса точности нет, выбираем более
высокий класс |
0,2. Если |
Хк.обр = Хк.пов =1А, то все в порядке. Действительно, по |
||||||||
определению |
γ = |
П |
100% |
. Откуда |
П |
= |
Хкγ |
. |
||
100 |
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Хк |
|
|
|
|
|
|
|

530
п.пов = |
1,0 1А |
= 0,01А =10мА, |
||||||||
|
100 |
|
||||||||
п.обр = |
0,2 1А |
= 0,002 = 2 |
мА. |
|
||||||
|
100 |
|
|
|||||||
Отношение |
п.обр = |
2мА |
|
= |
1 |
|
= 0,2 , т.е. выбор удовлетворителен. |
|||
10мА |
|
|||||||||
|
|
п.пов |
5 |
|
|
Положим, теперь, что классы точности обоих СИ сохранились, т.е.
γ |
пов |
=1,0;γ =0,2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел измеряемых величин образцового СИ выберем большим, например 2А. |
|||||||||||||||
Имеем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
п.пов = |
1,0 1А |
=10мА; |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
п.обр = |
0,2 2А |
= 4мА. |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Отношение |
п..обр = |
|
4 |
|
= |
1 |
= 0,4 , |
т.е. |
неудовлетворительно, |
поскольку |
|||||
10 |
|
2,5 |
|||||||||||||
|
|
|
|
п.пов |
|
|
|
|
|
|
допустимой величиной является 0,2.
Таким образом образцовые и поверяемые приборы лучше иметь с одинаковыми пределами измерений. Изменение диапазонов возможно за счет применения трансформаторов, если поверка осуществляется на переменном токе, или с помощью шунтов, если поверка осуществляется на постоянном токе. В этом случае необходимо учитывать методическую погрешность. Альтернативным решением является применение образцового СИ с большим запасом по классу точности на основе использования формулы 11.8.
Для обеспечения поверки только на постоянном токе всех типов выпускаемых вольтметров необходим комплект образцовых вольтметров, имеющих приблизительно 50 поддиапазонов измерений. Такие же комплекты нужны для поверки вольтметров на переменном токе и для поверки амперметров на постоянном и переменном токе. Применение шунтов и измерительных трансформаторов позволяет существенно уменьшить число образцовых СИ, однако следует учитывать, что относительная погрешность образцовых СИ в данном случае определяется суммой относительных погрешностей масштабного

531
преобразователя и прибора. Практически образцовые аналоговые приборы используются на переменном токе с образцовыми измерительными трансформаторами тока и напряжения, которые аттестуются отдельно. Образцовые приборы, применяемые на постоянном токе с добавочными резисторами и шунтами должны быть аттестованны вместе с ними.
Существенного сокращения номенклатуры образцовых СИ можно добиться применяя косвенные измерения. Однако в этом случае в результат поверки входит методическая погрешность. В качестве примера можно рассмотреть применение милливольтметра для поверки амперметра по схеме, представленной на рис. 11.4.
АП
ИТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RO |
|
|
|
|
|
mVO |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.11.4
532
Методическая погрешность в данном случае возникает из за шунтирования образцового резистора RO входным сопротивлением милливольтметра RmV. Эта
погрешностьδ М |
= − |
|
RO |
100 может быть учтена, если известна величина входное |
|
|
RO |
+ RmV |
сопротивление милливольтметра. Желательно выбирать RO таким, чтобы δ мне превышала
0,1 от класса точности милливольтметра и ею можно было бы пренебречь. Например при использовании в схеме на рис. 12.4 в качестве образцового прибора милливольтметра класса точности 0,1 с током полного отклонения 1 мА ( RmV =150Oм) методическая погрешность
будет пренебрежимо мала, если сопротивление Ro < 0,15Ом. В качестве RO можно использовать
образцовую катушку типа Р310, Ro=0,1 Ом, с максимально допустимым током I= 10 мА. Следующим важным этапом разработки поверочной схемы является выбор системы
образцового прибора. Выбор системы ОП определяется системой поверяемого прибора и параметрами источников напряжения и тока. Напряжение или ток на выходе источников постоянного тока всегда содержит переменную составляющую, вызванную недостаточной фильтрацией в сетевых выпрямителях (область частот 50—250 Гц), промышленными и радиопомехами (103— 108Гц) и собственными шумами источников в широком спектре частот от долей герц до сотен килогерц. Мгновенное значение напряжения на выходе источников
(11.9)
где Uo — постоянная составляющая напряжения; и u~,—мгновенное значение переменной составляющей. Если среднее квадратическое значение переменной составляющей U~
пренебрежимо мало по сравнению с U0 , что имеет место, например, при использовании аккумуляторных источников с низкоомными цепями регулирования напряжения или тока, то показания приборов любой системы будут одинаковы и выбор системы ОП значения не имеет.
При значительной переменной составляющей напряжения показания магнитоэлектрических приборов, а также электронных приборов на их основе равны Uo,
поскольку они не зависят от U~, а показания электродинамических, ферродинамических,

533
электромагнитных, электростатических и других приборов, измеряющих среднее квадратическое значение электрических сигналов, будут
UП = U02 +U~2 . |
(11.10) |
Очевидно, неравенство UП ≠ Uo вызовет методическую погрешность поверки, если один из приборов — магнитоэлектрической системы, а другой — одной из систем «среднего квадратического значения». Именно этим объясняется требование не применять магнитоэлектрические ОП для поверки приборов других систем и не применять приборы других систем для поверки магнитоэлектрических приборов.
Указанные ограничения требуют существенного увеличения парка образцовых приборов в метрологических службах, поэтому представляет интерес оценка допустимого уровня переменной составляющей, при котором погрешностью δ~ можно пренебречь и использовать любые комбинации систем образцовых и поверяемых приборов.
Погрешность от неодинаковости показаний поверяемого и образцового приборов
вследствие влияния переменной составляющей |
|
|||
δ~ |
= |
U П −UO |
, |
(11.11) |
|
||||
|
|
UO |
|
можно считать пренебрежимо малой, если:
K~ = |
U ~ |
100 ≤14 kПα. |
(11.12) |
|
|||
|
UO |
|
В (11.12) kП –класс точности прибора, α –постоянный коэффициент, который при поверке большинства аналоговых приборов имеет величину 0,05. При α=0,05 методическая погрешность будет в 20 раз меньше допускаемой приведенной погрешности прибора.
Кроме переменной составляющей, при разработке методики поверки следует учитывать и влияние искажений формы синусоидального сигнала на достоверность поверки. В обращении имеются средства измерений напряжения с различными типами преобразователей переменного напряжения в постоянное, но градуированные в среднеквадратических значениях, которые наиболее востребованы на практике. Например, распространены вольтметры с преобразователем среднего значения, но со шкалой градуированной в среднеквадратических значениях. Градуировка осуществляется

534
с учетом коэффициента формы Кф = 1,11, выражающего отношение среднеквадратического значения напряжения к среднему для сигнала синусоидальной формы. Если форма кривой напряжения или тока отличается от синусоидальной (Кф≠ 1,11), показания приборов с преобразователем среднеквадратического значения остаются практически неизменными, в то время как показания приборов с преобразователем среднего значения изменяются.
При поверке приборов на переменном токе желательно выбирать такой образцовый прибор, который реагирует на изменение формы кривой одинаково с поверяемым. Такой выбор не всегда возможен из-за отсутствия выпрямительных приборов высокой точности. Достаточно трудно без специальной аппаратуры определить и значение Кф.
На практике с помощью измерителей нелинейных искажений производят измерение коэффициента нелинейных искажений на выходе источников напряжения и тока
|
u 2 |
+ u 2 |
+ u 2 |
|
|
K Н.И = |
2 |
3 |
n |
, |
(11.13) |
|
U |
|
|||
|
|
|
|
|
где числитель — среднеквадратическое значение всех гармоник, кроме 1-й, в кривых тока или напряжения; U — среднеквадратическое значение тока или напряжения.
При одном и том же значении КН.И погрешность выпрямительного прибора от искажения формы кривых может быть различной и практически лежит в пределах от 0 до 0,3 КН.И. Таким образом при разработке методики поверки необходимо учесть методическую погрешность.
Кроме допустимых значения переменной составляющей и коэффициента нелинейных искажений, источников напряжения и тока не менее важными являются требования к допустимой кратковременной нестабильности выходных сигналов и плавности их регулирования. Недостаточные стабильность и плавность регулирования напряжения и тока являются основной причиной случайной погрешности при поверке приборов методом сличения. Под допустимой кратковременной нестабильностью источника понимают допустимое относительное изменение его выходного сигнала за время Т необходимое для поверки прибора на одной числовой отметке. Это время зависит от характера используемой аппаратуры, условий работы, квалификации оператора и т. д. Поэтому обычно нормируется относительное изменение выходного сигнала за 3—10 мин, которое не должно превышать 0,1 предела допускаемой относительной погрешности поверяемого прибора.

535
Под плавностью регулирования понимается возможность установки на выходе источника напряжения или тока с приведенным отклонением от заданного значения, не превышающим (в процентах)
λ = N 100,
где — абсолютное отклонение установленного значения U (I) от заданного; N — диапазон регулирования напряжения (тока) источника. Обычно при поверке достаточно иметь плавность регулирования λ≤0,1 % при условии, что диапазон регулирования N равен нормирующему значению XN шкалы поверяемого прибора. Если N≠ XN, необходимая плавность регулирования определяется как
λ ≤ 0,1kП XNN ,
где kП — число, обозначающее класс точности поверяемого прибора. Например, при поверке вольтметра класса точности 1,0 с пределом измерений 150 В используется источник с диапазоном регулирования 0—300 В. Плавность регулирования должна быть не хуже 0,05 %.
Из сказанного следует, что для обеспечения необходимой плавности регулирования источники должны иметь ряд диапазонов регулирования, близких к ряду пределов измерений поверяемых приборов.
При выборе рабочих эталонов часто высказывается мнение, что для поверки прямопоказывающих аналоговых приборов простым решением задачи является применение цифровых приборов с заведанно высокими точностными характеристиками. Казалось бы в этом случае можно не заниматься анализом погрешностей поверки.
Многообразие типов цифровых измерительных цифровых приборов (ЦП), различия их принципов действия и конструкции при одинаковой нормируемой погрешности требует тщательного изучения технического описания и инструкции по эксплуатации каждого типа ЦП при использовании его в качестве образцового прибора. Ограничимся оценкой лишь наиболее общих источников погрешностей поверки, возникающих при замене в действующей поверочной аппаратуре аналогового образцового прибора цифровым и возможные пути их уменьшения.
536
Основная погрешность ЦП соответствует нормированной только после указанного в технической документации времени прогрева и последующей установки нуля и калибровки. В течение времени прогрева (установление рабочего режима) погрешность ЦП может изменяться в несколько раз. Отметим, что установка нуля аналоговых приборов, кроме электронных, производится до прогрева, а их погрешность в ходе прогрева изменяется незначительно.
Цифровые вольтметры, как правило, обладают высоким входным сопротивлением (105—109 Ом), в связи с чем они подвержены влиянию маломощных помех и наводок на входную цепь, которые не вызывают изменений показаний поверяемых аналоговых приборов. Одной из существенных причин погрешности поверки могут стать паразитные связи через сопротивление изоляции, емкость между цепью питания цифрового вольтметра и его корпусом, общую сеть, питающую вольтметр и источник напряжения, подаваемого на входы поверяемого прибора и образцового СИ.
Установить наличие помех иногда можно по таким признакам, как нестабильность показаний образцового СИ при стабильных показаниях поверяемого СИ, изменение показаний образцового СИ при изменении положения оператора относительно прибора, при касании образцового СИ или другой аппаратуры руками, при изменении полярности включения прибора в сеть, при изменении положения образцового СИ и т. д. В отдельных случаях наличие помех может быть установлено только с помощью дополнительной аппаратуры, например широкополосных микровольтметров переменного тока, осциллографов или селективных милливольтметров.
В зависимости от диапазона частот и мощности источника помех применяют различные методы борьбы с ними. Наиболее распространенными являются использование источников напряжения с низким выходным сопротивлением, применение разделительных сетевых трансформаторов с отдельными экранированными обмотками для питания образцового СИ и прочей аппаратуры, а также тщательное заземление корпусов и экранов всех узлов аппаратуры. На практике иногда заземление корпусов ОЦП и источника напряжения приводит к заметному росту помех. Это может быть вызвано недопустимо большим сопротивлением заземления или тем, что Поверочная лаборатория не имеет индивидуального контура заземления, а пользуется общим, к которому подключено оборудование, создающее помехи.
537
Пульсации на выходе источников постоянного напряжения по-разному воздействуют на образцовые цифровые вольтметры (ОЦВ) различных типов. Интегрирующие цифровые вольтметры практически нечувствительны к пульсациям, так как пульсации, кратные частоте сети, в них подавляются при интегрировании. Цифровые вольтметры поразрядного уравновешивания типов измеряют мгновенное значение входного сигнала и при большой переменной составляющей измеряемого напряжения будут давать разброс показаний. Если внутренние входные фильтры цифровые вольтметры не обеспечивают необходимого подавления пульсаций, к выходу источника питания может быть подключен дополнительный внешний LC- или RС-фильтр. При этом образцовый цифровой вольтметр с точки зрения зависимости его показаний от пульсаций аналогичен магнитоэлектрическому прибору, и при поверке приборов других систем допустимый коэффициент пульсаций определяется в соответствии формулой (11.12).
Цифровые вольтметры переменного тока могут иметь преобразователи среднеквадратического или средневыпрямленного значения переменного напряжения в постоянное. Отсчет показаний тех и других ЦВ производится в среднеквадратических значениях напряжения. При использовании ОЦВ на переменном токе необходимо знать, какой именно вид преобразователя в данном приборе. Для поверки приборов с преобразователем среднеквадратических значений лучше использовать ОЦВ с аналогичным преобразователем. Для поверки приборов преобразователем среднеквадратических значений предпочтение следует отдать ОЦВ также с преобразователем среднеквадратических значений значения. Если эти условия не выполняются, возможная погрешность поверки, как показано ранее, может достигать 0,ЗКН.И.
Из рассмотренных особенностей методики поверки простых аналоговых прямопоказывающих приборов, можно сделать заключение, что разработка методики поверки является трудоёмкой задачей, требующей специальных знаний в области метрологии. К сожалению, невозможно выработать стандартные методики по основным типам приборов для использования в течение продолжительного отрезка времени. Дело в том, парк СИ на предприятиях постоянно обновляется, появляется необходимость приобретения новых рабочих эталонов и использование их для поверки старых, но еще пригодных к эксплуатации СИ, или использования старых рабочих эталонов для поверки
538
новых СИ. Особенно сложен процесс разработки методик поверки специализированных средств измерений широко используемых в технике связи.
539
ЛИТЕРАТУРА
1.РМГ 29-99. Рекомендации по межгосударственной стандартизации ГСИ. Метрология. Основные термины и определения.
2.Хромой Б.П.,Кандинов А.В., Сенявский А.Л. и др.Метрология, стандартизация и измерения в технике связи: Учебное пособие,-М.: издательство Радио и связь, 1983, 422 с.
3.Хромой Б.П., Серебрин В.Л., Сенявский А.Л. и др. Метрологическое обеспечение систем передачи: Учебное пособие,-М.: издательство Радио и связь, 1991, 392 с.
4.Дворяшин Б.В. Основы метрологии и радиоизмерений: Учебное пособие,-М.: издательство Радио и связь, 1993, 319 с.
5.Артемьев Б.Г., Голубев С.М. Справочное пособие для работников метрологических служб. В 2-х кн. Кн. 1 и 2. М.: издательство стандартов, 1990.
6.Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешности результатов измерений. М.: издательство Энергоатомиздат, 1985.
7.Нормирование и использование метрологических характеристик и средств измерений. М.: издательство стандартов, 1985.
8.Бурдун Г.Д. Справочник по международной системе единиц. М.: издательство стандартов, 1977.
9.Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология. М.: Логос, 2000.
10.Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология. Карманная энциклопедия студента. М.: издательство Логос, 2001.
11.Любимов Л.И.,Форсилова И.Д.Шапиро Е.З. Поверка средств электрическихизмерений: Справочная книга,- Л. издательство Энергоатомиздат,1987,294 с.
12.Богданов Г.П., Кузнецов В.А.,Лотонов М.А. Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники. М.: издательство Радио и связь, 1990, 239 с.
13.Тетерич Н.М. Генераторы шума и измерение шумовых характеристик. М.: издательство Энергия,1968,214.
14.ГОСТ 8.009—84 ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.
15.ГОСТ 8.061—80 ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение
16.ГОСТ 8.381—80 ГСИ. Эталоны. Способы выражения погрешностей
17.ГОСТ 8.395—80 ГСИ. Нормальные условия измерений при поверке. Общие требования