16

Методические указания к лабораторной работе 4.1.1

"Калибровка средств измерений на установках У300 и В1-8"

2011-2012 учебный год

Нормативные ссылки

В методических указаниях к лабораторной работе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

Закон Российской Федерации "Об обеспечении единства измерений" от 27 апреля 1993 г. № 4871-1.

ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения.

ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы.

ГОСТ 8.395-80 ГСИ. Нормальные условия измерений при поверке. Общие требования.

ГОСТ 8.497-83 Амперметры, вольтметры, ваттметры, варметры. Методы и средства поверки.

ГОСТ 12.2.007.0-75 ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.2.007.6-75 ССБТ. Аппараты электрические коммутационные на напряжение до 1000 В. Требования безопасности.

ГОСТ 12.2.007.14-75 ССБТ. Кабели и кабельная арматура. Требования безопасности.

ГОСТ 21.101-97 СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации.

РД 153-34.011.205-98 Методические указания. Измерительные каналы информационно-измерительных систем. Организация и порядок проведения калибровки.

РМГ 29-99 Рекомендации. ГСИ. Метрология. Термины и определения.

ПР 50.2.006-94 ГСИ. Порядок проведения поверки средств измерений.

ПР 50.2.007-2001 ГСИ. Поверительные клейма.

ПР 50.2.012-94 ГСИ. Порядок аттестации поверителей средств измерений.

ПР 50.2.014-2002 ГСИ. Правила проведения аккредитации метрологических служб юридических лиц на право поверки средств измерений.

ПР 50.2.017-95 Положение о Российской системе калибровки.

1 Цели работы

Изучение устройства и принципа действия аналоговых электромеханических приборов.

Приобретение навыков калибровки электроизмерительных приборов с использованием установок типа У300 и В1-8.

Приобретение умений обработки результатов наблюдений при калибровке электроизмерительных приборов.

Ознакомление с процедурой калибровки измерительного канала измерительной информационной системы.

2 Общие сведения

2.1 Законом Российской Федерации "Об обеспечении единства измерений" метрологическая деятельность в стране была поделена на две сферы: сферу обязательного государственного регулирования и сферу добровольной метрологической деятельности. В этих сферах реализуются различные виды метрологической деятельности, в том числе поверка и калибровка. Поверка используется в рамках сферы государственного регулирования, калибровка – в сфере добровольной метрологической деятельности [1].

В соответствии с РМГ 29 поверка – это установление органом государственной метрологической службы пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждение их соответствия установленным обязательным требованиям.

Поверка производится органами государственной метрологической службы в порядке, предусмотренном ПР 50.2.006. По решению Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии право поверки может быть предоставлено метрологическим службам юридических лиц, аккредитованным согласно ПР 50.2.014. Поверка производится физическими лицами, аттестованными в качестве поверителей средств измерений согласно ПР 50.2.012.

Если средство измерений по результатам поверки признано пригодным к применению, то на него или на техническую документацию наносится оттиск поверительного клейма по ПР 50.2.007 или выдается "Свидетельство о поверке".

Если средство измерений по результатам поверки признано непригодным к применению, то оттиск поверительного клейма гасится, "Свидетельство о поверке" аннулируется, выписывается "Извещение о непригодности" или делается соответствующая запись в технической документации. Применение неповеренных средств измерений запрещено.

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

Нормативный документ ПР 50.2.017 устанавливает основные положения по организации, структуре, функциям Российской системы калибровки, права и обязанности входящих в нее юридических лиц.

При проведении калибровки средства измерений выполняют комплекс операций, результаты которых фиксируют в протоколе.

В лабораторной работе из этих операций будет выполняться только одна – связанная с определением погрешностей прибора или измерительного канала (ИК) измерительной информационной системы.

2.2 Установка (устройство) типа У300 [2] предназначена для поверки и калибровки амперметров и вольтметров постоянного и переменного тока методом сличения их показаний с показаниями рабочих эталонов по ГОСТ 8.497.

Установка представляет собой многопредельный источник, в котором стабильность выходного напряжения и тока обеспечивается феррорезонансным стабилизатором; синусоидальная форма кривой напряжения переменного тока – двухступенчатой фильтрацией стабилизированного напряжения; малое содержание переменной составляющей в выпрямленном напряжении и токе обеспечивается высокой добротностью фильтров на выходе выпрямителей. Установка состоит из следующих основных узлов: блока регулировки, блока низковольтного, блока высоковольтного, блока коммутации, блока стабилизатора.

Блок регулировки выполнен на основе двухщеточного вариатора с двумя коаксиальными ручками и понижающего трансформатора. Ручки вариатора выведены на лицевую панель установки. Изменение выходного сигнала в режиме «Грубо» осуществляется внешней ручкой большего диаметра, изменение сигнала в режиме «Точно» – внутренней ручкой меньшего диаметра.

Блок низковольтный расположен в нижней части установки. Переключатель пределов изменения выходного сигнала блока имеет шесть фиксированных положений. В шестом положении (0,2 А / 0,15 В) на выходные клеммы блока подается напряжение до 150 мВ, служащее для поверки милливольтметров с наиболее часто встречающимися верхними пределами измерений: 45, 75, 150 мВ.

Блок высоковольтный расположен в средней части установки. Переключатель пределов изменения выходного сигнала блока имеет семнадцать фиксированных положений. В первых девяти положениях на выходные зажимы блока подается напряжение, которое может быть изменено от единиц вольта (в первом положении) до 100 В (в девятом), при этом наибольший ток в нагрузке составляет 1 А.

Блок коммутации содержит лицевую панель, не которую вынесены:

- ручки переключателей, с помощь которых устанавливается род тока (постоянный или переменный), выбирается рабочий блок (низковольтный или высоковольтный), устанавливается вид поверяемого прибора (амперметр или вольтметр), выбирается полярность постоянного тока (прямая или обратная);

- тумблер СЕТЬ и лампочка, сигнализирующая о включении установки;

- тумблер “1000 V”, при включении которого загорается знак «Стрелка вниз», предупреждающий о подаче на выходные зажимы высокого напряжения;

-зажимы ПОВЕРЯЕМЫЙ и ОБРАЗЦОВЫЙ, расположенные в правой части панели, дублируют соответствующие зажимы, расположенные в левой части. Зажимы ПОВЕРЯЕМЫЙ подключаются последовательно с зажимами ОБРАЗЦОВЫЙ при установке переключателя ПОВЕРЯЕМЫЙ ПРИБОР в положение «А» и параллельно – при установке в положение «V»;

- зажимы « 300 А», на которые может подаваться переменное напряжение до 0,5 В и ток до 300 А;

- сигнальная лампочка, сигнализирующая о перегрузке выпрямителей высоковольтного блока.

2.3 Установка для поверки вольтметров типа В1-8 предназначена для определения погрешности показаний аналоговых вольтметров постоянного и переменного тока на поддиапазонах от 10 мкВ до 300 В в лабораторных условиях. Основная погрешность регулирования _РЕГ, %, выходных напряжений не должна превышать – в процентах от номинального значения U_н ,В, выходного напряжения - следующих значений:

- на постоянном токе .

Установка выдает переменное напряжение частотой 45, 400 и 1000 Гц.

На передней панели установки расположены:

- ручка переключателя частоты выходного напряжения

"45, 400, 1000 Нz";

- ручка переключателя значений выходного напряжения

"U_max-0-U_ск-0-U_св";

- ручка переключателя вида выходного напряжения ",+,-";

- переключатель пределов шкалы погрешности "5 % - 10 %";

- индикатор "Погрешность поверяемого прибора" со шкалой для отсчета погрешности;

- тумблер включения питания установки;

- кнопочный переключатель "Поверяемые отметки шкалы";

- кнопочный переключатель "Множитель";

- ручки установки выходного напряжения "Точно" и "Грубо";

- выходные гнезда "Выход 1:1 и 1:1000";

- гнездо подключения внешнего дополнительного образцового прибора;

- клемма корпуса и клемма заземления, соединенные перемычкой.

2.4 Магнитоэлектрический аналоговый стрелочный прибор типа М330 предназначен для измерения напряжения постоянного тока в диапазоне от 0 до 15 В - с пределами допускаемой основной приведенной погрешности _ДПС=1,5 % и пределом допускаемой вариации _{ПРВ,ДПС}=1,5 %.

2.5 Цифровой комбинированный прибор типа Щ301-1 предназначен для измерения постоянных и переменных токов и напряжений, а также электрического сопротивления постоянному току [2]. В лабораторной работе он используется как вольтметр постоянного тока на поддиапазоне измерений от 10 мВ до 100 В с классом точности 0,06/0,02.

2.6 Цифровой комбинированный прибор - измеритель типа Ф0303.1Ка-00 предназначен для измерения напряжения постоянного тока в диапазоне от 0 до 10 В - с пределами допускаемой основной приведенной погрешности _ДПС=0,2 %. Прибор имеет встроенное позиционное регулирующее устройство с двумя уставками [3].

2.7 В лабораторной работе также проводится калибровка измерительного канала измерительной информационной системы в целях определения значений погрешностей.

Измерительный канал (ИК) измерительной информационной системы (ИИС) по РМГ 29 представляет собой совокупность средств измерений, обеспечивающую передачу сигнала измерительной информации на вход вычислительного комплекса.

Цель калибровки ИК – определение и подтверждение действительных значений метрологических характеристик (МХ) или пригодности к применению ИК, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору.

Калибровка ИК ИИС в соответствии с ГОСТ Р 8.596 и РД 153-34.011.205 должна проводится комплектно или поэлементно.

При проведении калибровки поэлементным методом отдельно калибруются датчик - первичный измерительный преобразователь (ПИП) и электрический тракт ИК (ЭТ ИК).

Калибровке подвергаются все ИК с интервалами, указанными в сертификате утверждения типа ИИС.

При этом допускаемые пределы нормальных областей влияющих величин по ГОСТ 8.395 должны быть следующими:

- для температуры окружающего воздуха 15-35 ^ОС;

- для относительной влажности окружающего воздуха 30-80 %;

- для атмосферного давления 735-790 мм рт. ст.

При поэлементной калибровке в качестве эталона должно применяться средство измерений, указанное в нормативной документации на калибровку первого СИ в составе ЭТ ИК.

В лабораторной работе поэлементной калибровке подвергается ЭТ ИК, первым элементом в котором является прибор типа Ф0303.1Ка-00. Для него рабочим эталоном служит установка типа У358.

При проведении калибровки должны быть выполнены следующие операции:

- проверка наличия технической документации на ИИС и агрегатные средства измерений, входящие в ИК;

- внешний осмотр;

- проверка функционирования;

- определение метрологических характеристик (МХ);

- обработка результатов экспериментальных исследований;

- оформление результатов калибровки.

При определении МХ исследуемые точки (в количестве не менее пяти) равномерно располагаются по всему диапазону измерений ИК, причем одна точка должна соответствовать 0 %, а другая – 100 % диапазона. Если невозможно исследовать точки 0 % и 100 %, то они заменяются точками, в которых действительные значения измеряемой величины определяются по формулам:

,

,

где Х_min, Х_max – действительные значения измеряемой величины в исследуемых точках, находящихся вблизи нижнего и верхнего пределов диапазона измерений ИК;

Х₀, Х₁₀₀ – нижний и верхний пределы измерений ИК;

_l, _h – нижняя и верхняя границы доверительного интервала погрешности измерений ИК, указанные в сертификате утверждения типа ИИС.

В лабораторной работе приняты следующие значения параметров:

Х₀ = 0 В; Х₁₀₀ = 10 В; _l = _h = 0,2 В; Х_min = 0,4 В; Х_max = 4,96 В.

При обработке результатов наблюдений выполняют следующие операции:

- для каждой указанной в протоколе калибровки отметки диапазона измерений прибора Ф0303.1Ка-00 определяют значения абсолютных и приведенных погрешностей ИК ИИС;

- сравнивают эти значения погрешностей со значениями, указанными сертификате утверждения типа ИИС (0,25 %), формулируют заключение о пригодности ИК ИИС к эксплуатации.

2.8 В лабораторной работе измерительная информационная система образована из измерительного канала и компьютера, в состав программного обеспечения которого входит SCADA-система "Yurimov DESS "Dessy", предназначенная для работы с приборами автоматизации технологических процессов, поставляемыми ООО "Юримов", построена на базе последовательного интерфейса RS-485. Программа "Yurimov DESS" обеспечивает обмен данными между компьютером и прибором Ф0303.1Ка-00 через стандартный коммуникационный порт (СОМ-порт). Программа выполняет следующие функции:

- поиск подключенных к компьютеру приборов;

- отображение адреса прибора в сети;

- отображение номера рабочего входа прибора;

- задание параметров настройки прибора;

- отображение типа уставок и состояния реле прибора;

- отображение уровня и динамики изменения сигнала на рабочем входе прибора;

- создание файла регистрации.

3 Описание лабораторной установки

Лабораторная установка содержит установку У300 и установку В1-8 с подключаемыми к ним образцовыми и рабочими электроизмерительными приборами, размещаемыми на столешнице, полке лабораторного стенда и на стойке. Вольтметр типа Ф0303.1Ка-00 смонтирован на стойке и подключен через адаптер к компьютеру Celeron. В качестве рабочего эталона используется прибор комбинированный цифровой типа Щ301-1, рабочими средствами измерений являются: вольтметр постоянного тока типа М330 и вольтметр типа Ф0303.1Ка-00.

4 Техника безопасности при выполнении лабораторной работы

При выполнении лабораторной работы необходимо соблюдать меры безопасности, предусмотренные ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ 12.2.007.6, ГОСТ 12.2.007.14, Правилами техники безопасности [4], правилами техники безопасности и промсанитарии, установленными инструкциями КубГТУ, нормативными документами на рабочий эталон и СИ, входящие в состав ИК ИИС.

Пакетные выключатели, с помощью которых подается напряжение питания к приборам, запрещается включать без разрешения преподавателя.

Перед началом работы необходимо проверить заземление установки У300. При нарушении заземления работающие на установке подвергаются опасности поражения электрическим током. Категорически запрещается включать переключатель «1000 В».

При проведении работы категорически запрещается прикасаться к токоведущим частям установки и клеммам.

На лабораторном столе не должно быть лишних посторонних предметов (пакетов, сумок, одежды, пищевых продуктов).

Категорически запрещается выполнять какие-либо переключения в схеме на лабораторной установке без согласования с преподавателем.

5 Порядок выполнения работы

5.1 Подготовьте установку У300 для проведения калибровки вольтметра постоянного тока типа М330 с верхним пределом измерений U_K=15 В, выполните для этого следующие операции:

- подготовьте черновик протокола для записи результатов испытаний прибора (по форме, приведенной в приложении А);

- измерьте находящимися в лаборатории приборами (термометром, гигрометром и барометром) и запишите в черновик протокола значения основных влияющих величин: температуры окружающего воздуха, относительной влажности окружающего воздуха, атмосферного давления;

- запишите в черновик протокола: технические данные средств измерений, в первую колонку таблицы - калибруемые отметки шкалы прибора (в вольтах);

- подключите калибруемый прибор – вольтметр типа М330 к зажимам ПОВЕРЯЕМЫЙ;

- подключите рабочий эталон – комбинированный цифровой типа Щ301-1 к зажимам ОБРАЗЦОВЫЙ, установите поддиапазон измерений с верхним пределом 100 В;

- установите переключателями на лицевой панели У300: род тока – постоянный, блок – высоковольтный,

- установите переключателем на лицевой панели У300: поверяемый прибор – V, полярность – прямая;

- установите переключатель блока высоковольтного в положение 4;

- установите обе ручки вариатора блока регулировки в крайнее левое положение.

5.2 Проведите калибровку вольтметра м330, выполните для этого следующие операции:

- загрузите Excel-программу "Рез_расчетов 4.1.1 (У300+В1-8+Ф0303);

- включите установку У300: сначала вставьте вилку шнура питания в розетку, а затем тумблером на лицевой панели;

- включите питание прибора Щ301-1 кнопкой "Сеть";

- рукоятками вариатора плавно изменяйте напряжение, подаваемое на приборы М330 и Щ301-1, так, чтобы стрелка М330 устанавливалась на калибруемых отметках шкалы N_i , В, сначала при подходе к ним со стороны меньших значений (прямой ход при калибровке), а затем – со стороны больших значений (обратный ход). При подходе к каждой отметке N_i записывайте в черновик протокола калибровки показания эталона - прибора Щ301-1: при прямом ходе N_дст,1,i, В, при обратном ходе N_дст,2,i , В; заносите с клавиатуры в таблицу 1 на экране монитора эти показания, используя точку как разделитель целой и дробной части чисел (это связано с особенностями программного обеспечения "Yurimov DESS";

- перепишите с экрана монитора или рассчитайте значения абсолютных погрешностей _1,i , В, и приведенных погрешностей _1,i , %, для прямого хода по следующим формулам:

;

,

где N_нрм – нормирующее значение, равное 15 В.

- рассчитайте значения абсолютных погрешностей _2,i , В, и приведенных погрешностей _2,i , %, для обратного хода по следующим формулам:

;

,

- рассчитайте значения абсолютных вариаций V_i , В, и приведенных вариаций V_прв,i , %, по следующим формулам:

,

;

- запишите рассчитанные значения погрешностей вольтметра М330 в протокол калибровки (по форме, приведенной в приложении А), сделайте заключение о его пригодности к эксплуатации.

5.3 Подготовьте установку в1-8 для проведения калибровки ик иис, выполните для этого следующие операции:

- подготовьте черновик протокола для записи результатов испытаний прибора (по форме, приведенной в приложении Б);

- подключите калибруемый ИК ИИС к выходному гнезду установки "1:1";

- переключатель частоты "Hz" поставьте в положение "1000";

- переключатель "U_max-0-U_ск-0-U_св" значений выходного напряжения поставьте в положение "0";

- переключатель вида выходного напряжения поставьте в положение "+";

- переключатель шкалы погрешности поставьте в положение "5 %";

- нажмите клавишу "0,4" переключателя "Поверяемые отметки";

- нажмите клавишу "10 mV" переключателя "Множитель";

- включите питание установки В1-8: сначала вставьте вилку шнура питания в розетку, а затем тумблером "ВКЛ";

- в случае необходимости вращением рукояток "Грубо" и Точно" установите на нулевую отметку стрелку индикатора "Погрешность поверяемого прибора".

5.4 Подготовьте к калибровке измерительный канал, содержащий прибор Ф0303.1Ка-00, выполните для этого следующие операции:

- включите питание прибора Ф0303.1Ка-00: переведите в верхнее положение второй сверху тумблер на коробке, укрепленной на стойке;

- на установке В1-8 переключатель "U_max-0-U_ск-0-U_св" значений выходного напряжения поставьте в положение "U_ск"; при этом на индикаторе прибора должно отобразиться показание N₀, В, и буква "Б", указывающая на включение блокировки регулирующего устройства, встроенного в прибор.

5.5 Подготовьте к процедуре калибровки измерительного канала программу "Yurimov DESS" , выполните под руководством преподавателя следующие операции:

- выполните двойной щелчок левой кнопкой мыши на ярлыке "DESSY", находящемся на рабочем столе компьютера;

- в появившемся окне "Yurimov DESS" щелкните левой кнопкой на кнопке "Вкл", при этом она изменится на "Выкл" и внизу появится надпись "СОМ порт 1 открыт";

- щелкните левой кнопкой на кнопке "Окно", при этом появится выпадающее меню, в котором щелкните на поле "Новое";

- после появления окна "Выбор прибора" выделите позицию "Поиск приборов" и щелкните на кнопке "Выбрать";

- в появившемся окне "Поиск приборов" щелкните на кнопке "Поиск", при этом начнется просмотр адресов и появится запись: "2 отвечает";

- закройте окно "Поиск приборов";

- в окне "Yurimov DESS" откройте окно "Выбор прибора", в нем выберите позицию "Ф0303FT2.1" и нажмите кнопку "Выбрать";

- в появившемся окне "Ф0303.1(К)" установите "Адрес прибора 2", при этом в окне появятся пределы измерений прибора "0" и "10";

- установите на панели "График" в поле "Период" значение "5 с";

- установите на панели "Регистрация" в поле "Период" также значение "5 с";

- установите на панели "График" галочку в поле "Пуск", при этом в поле "Входной сигнал" появится значение измеряемого напряжения и начнет динамически отображаться график изменения во времени этого напряжения;

- установите на панели "Регистрация" галочку в поле "Пуск", при этом появится окно "Сохранить как";

- впишите в поле "Имя файла" имя файла для записи результатов измерений напряжения, например, "Канал2.csv", нажмите кнопку "Сохранить"; при этом на диске C компьютера в папке "Мои документы" будет создан файл с именем "Канал2.csv".