Повірка чи калібрування приладів прямої дії.

Лабораторна робота 2

Мета роботи: вивчити теоретичні та практичні основи повірки чи ка­лібрування приладів прямої дії на прикладі калібрування амперметра та вольтметра зіставленням їх показів із показами робочих еталонів.

При підготовці до виконання роботи необхідно:

Опрацювати опис даної роботи та відповідні розділи рекомендова­ної літератури [1],[6],[7].

Вміти відповідати на наступні запитання:

Яка мета цієї роботи?

Що таке вимірювальні прилади прямої дії?

Що таке повірка та калібрування засобів вимірювальної техніки (ЗВТ)?

Що таке повірка чи калібрування, і в чому їх відмінності від перевірки?

Що таке єдність вимірювань?

Які ЗВТ не підлягають повірці та калібруванню?

На які п’ять різновидів поділяють повірку та калібрування?

Що таке первинна та періодична повірки?

В яких випадках проводиться позачергова повірка?

Коли і хто проводить інспекційну та експортну повірки?

З яких найважливіших перевірок складається повірка чи калібру­вання ЗВТ?

На які дві групи та за якими ознаками поділяють методи повірки чи калібрування ЗВТ?

Що таке абсолютна похибка ЗВТ і в яких одиницях вона подається?

Що таке еталон і в чому відмінність між державним і робочим еталонами? Що таке вихідний еталон підприємства чи організації?

Що таке калібратори та за якою структурною схемою їх використо­вують при повірці?

За якими схемами повіряють чи калібрують у лабораторній роботі амперметр і вольтметр?

За якими правилами обирають межу вимірювання та клас точності робочих еталонів?

За якими ознаками може бути забракований прилад при перевірці зовнішнього вигляду та випробовування?

Як перевіряють вплив нахилу приладу, в чому полягає його причина та яка похибка від нього допускається?

Як перевіряють електричну міцність та опір ізоляції, а також час заспокоєння рухомої частини приладу?

Як при калібруванні визначають основні похибки та варіації показів приладу?

Як обчислюють допустиму абсолютну похибку приладу?

Що таке варіація показів ЗВТ, в чому її причина та як обчислити допустиме значення?

Як визначають і якого розміру допускається неповернення вказівника приладу до нульової позначки шкали?

Якими повинні бути протокол і обґрунтовані числовими даними висновки про результати повірки?

Короткі теоретичні відомості.

Приладами прямої дії називають вимірювальні прилади з перетворенням сигналу вимірювальної інформації тільки в прямому(від входу до виходу) напрямку без зворотного зв’язку. Вони складають основну масу електровимірювальних приладів: амперметри, вольтметри, ватметри, омметри, фазометри, лічильники електроенергії, а також комбіновані прилади.

Усі засоби вимірювальної техніки (ЗВТ) повинні відповідати певним технічним і метрологічним вимогам, які подані в їх нормативно технічній документації (НТД) – технічному паспорті, інструкції, стандарті і т.п.

Під час експлуатації, або навіть тривалого зберігання, характеристики ЗВТ можуть погіршуватись. Тоді виникає сумнів чи можна довіряти результатам вимірювання такими приладами, якщо деякі їх параметри (характеристики) вже, можливо, вийшли за межі, дозволені їх НТД.

Щоб перевірити відповідність конкретного екземпляру ЗВТ вимогам НТД, його обов’язкового періодично повіряють або калібрують.

Повірка ЗВТ – це встановлення придатності ЗВТ, на які поширюються державний метрологічний нагляд, до застосування на підставі результатів контролю їхніх метрологічних характеристик.

Калібрування ЗВТ – це визначення в певних умовах або контроль метрологічних характеристик ЗВТ, на які не поширюється державний метрологічний нагляд.

Повірка чи калібрування є найважливішим засобом забезпечення єдності вимірювань у країні.

Єдність вимірювань – це стан вимірювань, за якого їх результати виражаються в узаконених одиницях вимірювань, а похибки вимірювань відомі та із заданою імовірністю не виходять за встановлені межі.

Повірка чи калібрування обов’язкові для всіх ЗВТ, що випускаються з виробництва та ремонту, ввозяться з-за кордону, знаходяться в експлуатації та на зберіганні.

Винятком із цього правила є два різновиди ЗВТ:

Індикаторні, тобто такі, що потрібні тільки для якісної оцінки змін фізичних величин (збільшується, чи зменшується) без вимірювання їх із нормованою точністю;

Учбові, які використовуються тільки для навчання.

Повірка чи калібрування ЗВТ поділяються на п’ять різновидів:

Первинна;

Періодична;

Позачергова;

Інспекційна;

Експертна.

Первинній повірці чи калібруванню підлягають усі ЗВТ при випуску їх із виробництва чи після ремонту.

Періодичній повірці чи калібруванню підлягають усі ЗВТ, що експлуатуються чи зберігаються, через певні інтервали, встановлені з розрахунку забезпечення придатності до застосування ЗВТ на період між повірками чи калібруванням.

Позачергова повірка чи калібрування проводиться при експлуатації чи зберіганні ЗВТ незалежно від термінів їх періодичної повірки чи калібрування:

При встановленні ЗВТ як комплектуючих виробів після закінчення половини їх гарантійного строку, якщо термін їх повірки чи калібрування настає раніше терміну повірки чи калібрування ЗВТ, у комплект яких вони уходять;

При пошкодженні повірчого тавра, пломби чи втрати документів, які підтверджують проходження ЗВТ повірки чи калібрування;

При необхідності впевнитись у справності ЗВТ;

При проведенні вхідного контролю на підприємстві;

При поверненні на зберігання після експлуатації;

При коректуванні міжповірочних чи міжкалібрувальних інтервалів.

Інспекційну повірку чи калібрування проводять при здійснюванні на підприємствах метрологічного нагляду за станом застосування ЗВТ для встановлення їх справності, правильності результатів останньої повірки чи калібрування, відповідності прийнятих міжповірочних чи міжкалібрувальних інтервалів умовам експлуатації.

Експертну повірку проводять органи Державної метрологічної служби при метрологічній експертизі ЗВТ за вимогою суду, прокуратури , міліції, Державного арбітражу, за заявками підприємств та окремих громадян при виникненні суперечок.

Перед тим, як перейти до технічних проблем повірки чи калібрування, слід з’ясувати різницю між схожими у вимові термінами “повірка” та “перевірка”.

Враховуючи наведене раніше визначення термінів “повірка” чи “калібрування” і подальший перелік операцій (перевірок), які при цьому виконуються, можна сказати, що “повірка” чи “калібрування” – це значно складніші, комплексні метрологічні дії, які складаються з багатьох перевірок.

Для кожної групи ЗВТ застосовують дещо відмінні методики повірки чи калібрування, які подаються у відповідних нормативно-технічних документах. Лабораторна робота присвячена калібруванню аналогових приладів прямої дії, а саме стрілкових приладів.

В інструкціях із повірки чи калібрування таких приладів, як правило, наведені наступні операції (перевірки):

Зовнішній огляд приладу;

Випробовування;

Визначення впливу нахилу на покази приладу;

Перевірка електричної міцності ізоляції та визначення опору ізоляції;

Визначення часу заспокоєння рухомої частини приладу;

Визначення основної похибки та варіації показів;

Визначення величини неповернення вказівника приладу до нульової позначки шкали.

За складом повірочного чи калібрувального обладнання та характерними операціями при визначенні похибки приладу, що повіряється чи калібрується (скорочено в подальшому викладі позначимо його ПП) методи повірки чи калібрування можна поділити на дві групи:

Ґрунтовані на використанні як робочих еталонів вимірювальних приладів (ЕП) – група I;

Ґрунтовані на використанні як робочих еталонів мір електричних величин (РЕМ) група – II.

В методах групи I (рис.2.1а) сигнал Х від джерела Д вимірювальної величини одночасно подають на ПП і ЕП і порівнюють між собою їх покази, відповідно Х_ПП і Х_ЕП.

Х ПП Х_РЕМ

Д РЕМ ПП

ЕП

а б

Рис.2.1.Структурні схеми повірки чи калібрування ЗВТ за допомогою ЕП (а) та РЕМ (б).

Абсолютна похибка ПП D при цьому визначається як різниця показів ПП – Х_ПП та ЕП – Х_ЕП:

D=Х_ПП -Х_ЕП

У методах групи II (рис.2.1.б) порівнюються покази ПП із значенням Х_РЕМ робочого еталону міри (РЕМ), яка відтворює вимірювану величину. При цьому:

D=X_ПП – X_РЕМ

Поки що більш поширені методи повірки групи I, тому що вони простіші за апаратурною реалізацією. Методи групи II забезпечують вищу продуктивність повірки, легше піддаються автоматизації. Але їх застосування потребує наявності поки що дефіцитних калібраторів – спеціальних робочих еталонів мір, які можуть відтворювати багато значень вимірювальної величини.

Виконання лабораторної роботи.

В лабораторній роботі повірка чи калібрування амперметра та вольтметра виконується найпоширенішим із методів групи I – безпосереднім зіставленням показів ПП із показами робочого еталону – аналогового приладу прямої дії.

Схеми повірки подані на рис.2.2.

А_ПП

РДН V_ПП V_ЕП

РДС

а. А_ЕП б.

Рис.2.2. Схеми повірки чи калібрування амперметра (а) та вольтметра (б) методом зіставлення.

РДС і РНД – регульоване джерело струму або напруги, відповідно;

А_ПП і V_ПП – відповідно, амперметр або вольтметр, які повіряються чи калібруються;

А_ЕП і V_ЕП – еталонові амперметр або вольтметр, відповідно.

Джерело живлення повинно забезпечувати високу стабільність вихідної величини та плавність її регулювання.

Робочі еталони (ЕП) повинні мати межу вимірювання не меншу за правилом: межа допустимої основної абсолютної похибки ЕП D_ЕПД повинна бути принаймні в 3..5 разів меншою ніж у ПП D_ППД , тобто:

D_ЕПД £ D_ППД / 3..5

Якщо межі вимірювання ЕП і ПП однакові, що найчастіше буває на практиці, то це значить, що число класу точності ЕП g_ЕП повинно бути принаймні в 3..5 разів меншим за число класу точності ПП g_ПП.

Але при відмінності меж вимірювання ЕП і ПП доводиться при обранні класу точності ЕП користуватись вищенаведеною формулою.

Наприклад, ПП межі вимірювання 250 V має клас точності 4.0.

Обчислимо, який клас точності повинен мати ЕП межі 300 V.

Відмінно, що клас точності стрілкового приладу визначається його допустимою основною зведеною похибкою g_Д у відсотках [1]:

g_Д = D_Д / X_Н *100, де:

D_Д – допустима абсолютна похибка;

X­_Н – нормальне значення шкали.

У нашому прикладі g_Д = 4, а X­_Н =250 V. Звідси можна визначити допустиму абсолютну похибку цього приладу:

D_ППД = ±10 V (чотири відсотки, тому що клас точності 4 від нормального значення шкали 250 V).

Обчислюємо допустиму абсолютну похибку ЕП:

D_ЕПД £ D_ППД / 3..5 £ 10V/ 3..5

Підставивши у знаменник найуживаніший коефіцієнт точності 4 одержимо:

D_ЕПД £ 2.5 V

Знаючи межу ЕП та допустиму абсолютну похибку визначимо його клас точності:

g_ЕПД £ D_ЕПД / X_ЕПД *100 £ 2.5V / 300V *100 £ 0.83%

Це значить, що клас точності ЕП доведеться обрати 0.5. При допущенні коефіцієнта точності (він наводиться в інструкціях з повірки чи калібрування конкретних груп приладів) не 4, а 3, або межі вимірювання ЕП не 300 V, а 250 V можна обійтися класом точності ЕП 1.0.

Умови повірки чи калібрування повинні забезпечуватись нормальними (подаються в НТД) як для ПП, так і для ЕП. В лабораторії, як правило, умови задовольняють усім вимогам НТД.

Зовнішній огляд приладу є першою з наведеного раніше переліку перевірок, за результатами яких він може бути забракований. При цьому треба звертати увагу на механічні пошкодження корпусу, скла,

шкали, стрілки, дзеркальної смужки для уникнення похибок від паралаксу, перемикачів, затискачів, на відсутність всередині приладу сторонніх або від’єднаних предметів (виявляються на слух при перевертанні приладу). Тут же перевіряють дію коректора, який повинен зміщувати вказівник від позначки механічного нуля на 5% довжини шкали в обидва боки і встановлювати його точно на нуль. При виявленні зовнішнім оглядом будь-якого дефекту прилад визначається непридатним до застосування і подальшій повірці чи калібруванню не підлягає.

Випробовування приладу необхідно, щоб упевнитись, що механізм реагує на зміну вимірювальної величини, а органи керування приладу виконують свої функції. Плавно реагуючи вимірювану величину від найменшого до найбільшого значень і навпаки, треба впевнитись у такому ж плавному, без стрибків та сповільнень, рухові вказівника приладу.

Для визначення впливу нахилу прилад, вказівник якого встановлений на позначку Х близько геометричної середини шкали відхиляють за спеціальним шаблоном на 4 сторони на певний (від 10⁰ до 45⁰) встановлений у його НТД, кут від нормального положення та записують щоразу його покази Х_І.

Для кожного випадку обчислюють зведену похибку (у відсотках) за формулою:

g_І = X – X_i / X_Н *100

де: Х_Н – нормальне значення шкали приладу [1].

Жодне з обчислених значень не повинне перевищувати межі допустимої основної зведеної похибки (відповідає класу точності).

Для приладів із механічним протидіючим моментом (не логометрів) вплив нахилу можна перевіряти тільки на позначці механічного нуля при не увімкненому приладі.

Перевірка електричної міцності ізоляції та визначення опору ізоляції проводиться лише при випуску приладів із виробництва чи ремонту на спеціальних високовольтних установках. Тому в лабораторній роботі цей параметр не перевіряють.

Визначення часу заспокоєння рухомої частини приладу теж проводиться лише при випуску приладу із виробництва чи ремонту. Час заспокоєння рухомої частини приладу – це час з моменту зміни вимірюваної величини до моменту, коли відхилення показів від стабільного значення не перевищує 1% довжини шкали.

Регулюючи вимірювану величину, встановлюють вказівник приладу на певну позначку біля геометричної середини шкали. Потім прилад вимикають і після заспокоєння коливань вказівника знову вмикають.

Для приладів зі стрілкою довжиною понад 150мм час заспокоєння не повинен перевищувати 6с, для інших – 4с.

Для визначення основної похибки та варіації показів спочатку, плавно збільшуючи вимірювану величину встановлюють вказівник ПП почергово, обов’язково з боку менших значень, на кожну числову позначку шкали Х_ППІ та записують відповідні покази ЕП – Х_ЕНІ.

Після найбільшої позначки шкали ПП дещо перевантажують його, довівши вказівник до обмежувача.

Потім, плавно зменшуючи вимірювану величину, знову встановлюють вказівник ПП на кожну числову позначку його шкали Х_ППІ (але тепер щоразу з боку більших значень), і записують відповідні покази Х_ЕВІ робочого еталону. Результати вимірювань і подальших обчислень доцільно відразу заносити в протокол повірки за наступним зразком.

ПРОТОКОЛ

Повірки_______________типу______________зав.№____________

Назва приладу

__________________ __________ ______________ _____________

Виготовлювач(знак) рід струму система приладу клас точності

_________________ ____________________________

Межа вимірювання засоби повірки(робочі еталони)

Умови повірки: температура_________°С, вологість____________%,

тиск____________мм.рт.ст.

Результати повірки:

Покази ПП ХППІ	Покази ЕП при Підході до ХППІ	Абсолютна похибка ПП при підході до ХППІ	Варіація показів,   ВІ
Знизу, XЕНІ	Зверху, XЕВІ	Знизу, DНІ	Зверху, DВІ
XПП1
XПП2
XППМ

Найбільша абсолютна похибка приладу виявлена при повірці________, що ______ перевищує допустиме значення________.

Найбільша варіація показів приладу, виявлена при повірці__________, що_________ перевищує допустиме значення____________.

Найбільше залишкове відхилення вказівника приладу від нульової позначки шкали, виявлене при повірці, що________ перевищує допустиме значення__________.

Висновки:___________________________________________________

придатний чи непридатний до подальшої експлуатації

Для кожної її числової позначки ПП обчислюють по два значення абсолютної похибки D_НІ і D_ВІ і по одному значенню варіації показів В_І:

D_НІ = X_ППІ – X_ЕНІ

D_ВІ = X_ППІ – X_ЕВІ

ВІ = | D_ВІ - D_НІ |

Допустиме значення абсолютної похибки ПП обчислюється за його класом точності g_ПП та нормальним значенням шкали Х_ППН [1], [2], [5].

g_ППД = g_ПП * X_ППН / 100

Допустиме значення варіації показів, звичайно, таке ж, як і допустимої абсолютної похибки (якщо в НТД приладу не вказано інше, наприклад, для малогабаритних приладів, подвійне).

Однією з головних причин варіації показів є тертя в опорах рухомої частини вимірювального механізму.

Дуже корисною наочною ілюстрацією технічного стану приладу, який пройшов повірку чи калібрування може слугувати графік повірки чи калібрування наприклад, рис.2.3.

+Dmax

X_2П X_4П

X_1П X_3П X_5П

-D­max

Рис.2.3. Графік повірки чи калібрування.

По осі абсцис відкладено числові позначки шкали ПП - Х_ППІ. По осі ординат відкладено позначені позначками “0” абсолютні похибки D_НІ та значками “+” абсолютні похибки D_ВІ для кожної числової позначки ПП. Горизонтальні пунктирні лінії обмежують допустимі значення абсолютних похибок ПП, тобто ± D_ППД.

Аналіз графіку показує:

Жодна з точок графіків D_НІ і D_ВІ , не вийшла за межі допустимої абсолютної похибки ± D_ППД , тому можна стверджувати, що перевірку на абсолютну похибку прилад пройшов, задовольнивши вимоги НТД;

Варіація показів на останній позначці значно перевищує (якщо це не спеціальний, наприклад, малогабаритний прилад), допустиме значення D_ППД , тому за варіацією прилад не відповідає нормам, і не допускається до подальшої експлуатації;

Дуже велика варіація на останній позначці шкали вказує на зношеність опор або неправильне їх регулювання.

Неповернення вказівника ПП до нульової позначки шкали визначають при плавному зменшенні вимірювальної величини від найбільшого значення до нуля. Для надійності цієї перевірки доцільно після плавного зменшення сигналу ще й розімкнути ланцюг.

Залишкове відхилення D_З вказівника ПП класу точності g з довжиною шкали Lмм, не повинно перевищувати значення:

D_З = g*L /200, мм

Для спеціальних малогабаритних, вібростійких, само пишучих, з кутом шкали понад 120°, з рухомою частиною на розтяжках, це число збільшують удвічі.

На завершення повірки треба написати висновки, в яких обґрунтовано, обов’язково з числовими даними, показати, чи прилад що проходив повірку відповідає нормам і допускається до експлуатації чи ні. Наприклад, за наступним зразком.

Результати повірки щитового вольтметра типу M367 межі вимірювання 150V класу точності 1,5 зі шкалою довжиною 130мм.

Зовнішній вигляд приладу відповідає нормам.

Коректор діє нормально.

Найбільша з чотирьох обчислених зведених похибок від нахилу приладу 0,9%, тобто не перевищує допустиме значення 1,5%.

Найбільша з десятьох виявлених при повірці абсолютних похибок

0,18V, тобто не перевищує допустиме значення ±0,225V.

Найбільше з п’ятьох виявлених при повірці значень варіації показів

0,35V, тобто перевищує допустиме значення 0,225V.

Залишкове відхилення вказівника ПП, виявлене при повірці,

D_З =0,5мм, що не перевищує допустиме для приладу класу точності

1,5 зі шкалою довжиною 130мм значення 0,975мм.

Висновок: прилад не відповідає нормам (за п.5) і не допускається до подальшої експлуатації.

Вимоги до змісту.

Зміст про виконання роботи повинен містити:

Мету роботи, короткі теоретичні відомості та формули.

Схеми повірки чи калібрування.

Таблицю результатів повірки чи калібрування з обчисленням абсолютних похибок і варіацій показів.

Графік повірки чи калібрування.

Обґрунтований числовими даними аналіз результатів кожної з перевірок (за наведеним вище прикладом).

Протокол повірки (за наведеним вище стандартним зразком) з висновком.