Поверочные (калибровочные) схемы

Поверка – процедура, посредством которой устанавливают соответствие метрологических характеристик средств измерений установленным требованиям. Для определения метрологических характеристик рабочих средств измерений применяют эталоны, а для определения метрологических характеристик эталонов – эталоны более высокого разряда. При этом метрологические характеристики средства измерений (эталона), используемого для определения метрологических характеристик поверяемого средства измерений должны удовлетворять определенным требованиям. Так как использование средств измерений и их поверка носят массовый характер, то эти процессы являются объектами стандартизации. Для упорядочения деятельности метрологических служб по поверке средств измерений разработаны и разрабатываются нормативные документы, устанавливающие соподчинение эталонов между собой и с рабочими средствами измерений и называемые поверочными схемами.

Определение метрологических характеристик средств измерений в метрологии отождествляют с передачей единицы величины от эталона к поверяемому средству измерений. Отсюда вытекает следующее определение поверочной схемы.

Под поверочной схемой понимают нормативно - технический или технический документ, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче единицы величины от исходного эталона рабочим средствам измерений с указанием методов и погрешности при передаче, утвержденный в установленном порядке.

Различают государственные и локальные поверочные схемы.

Государственные поверочные схемы распространяются на все средства измерений данного вида, применяемые в стране. Локальные поверочные схемы предназначены для метрологических служб органов государственного управления и распространяются также на средства измерений подчиненных предприятий. Локальные поверочные схемы могут разрабатываться и применяться на конкретном предприятии. При этом локальная поверочная схема должна удовлетворять требованиям соподчиненности, которые определены государственной поверочной схемой. Основные положения о поверочных схемах приведены в стандарте ГОСТ 8.061 «ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение».

Государственная поверочная схема разрабатывается в виде стандарта, состоящего из чертежа поверочной схемы и текстовой части, содержащей пояснения к чертежу. Структура чертежа показана на рисунке 15.

На чертеже поверочной схемы указывают:

-наименование средств измерений;

-методы поверки;

-номинальное значение величины или диапазон ее значений;

-допустимые значения погрешности средств измерений.

На верхней ступени поверочной схемы располагается исходный эталон - эталон, обладающий наивысшими метрологическими

свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают единицу величины подчиненным эталонам и рабочим средствам измерений. Исходным эталоном в стране (для государственной поверочной схемы) служит первичный эталон.

При поверке (калибровке) реализуют следующие методы:

-непосредственное сличение поверяемого средства измерений и эталона. Основой метода является одновременное измерение одной и той же величины поверяемым средством измерений и эталоном. Разность показаний приборов равна абсолютной погрешности поверяемого средства измерений;

-прямое измерение поверяемым средством измерения величины, воспроизводимой эталоном;

-сличение поверяемого средства измерений с эталоном при помощи компаратора (средства сравнения). Наличие разности значений величины, например, воспроизводимой мерой и эталоном, отражается в показаниях средства сравнения;

-косвенное измерение величины, воспроизводимой мерой или поверяемым прибором. Метод применяется тогда, когда значения величин, воспроизводимых мерой, невозможно определить прямым измерением или когда косвенные измерения более просты или более точны по сравнению с прямыми измерениями.

Рис.15. Структура государственной поверочной схемы

Основным показателем достоверности передачи единицы величины и качества поверки (калибровки) является соотношение допускаемых погрешностей эталона и поверяемого средства измерений. Наиболее приемлемым вариантом считается соотношение 1:10. Однако на практике оно не всегда достижимо или сложно реализуемо. В таких случаях, указанное соотношение принимается 1:3, если при поверке вводят поправки на показания эталонов, и 1:5, если же поправки не вводят. Рекомендации по определению требуемой точности эталонов приведены в методической инструкции МИ 188 – 86 «Методика установления допускаемой погрешности поверки средств измерений».

Пример оформления государственной поверочной схемы показан на рисунке 16.

Порядок осуществления поверки рассматривается при утверждении типа средств измерений и находит отражение в документах на средства измерений. Так в паспорте штангенциркуля ШЦ-1-15-0,1 записано: «Поверку штангенциркуля производить методами и средствами, указанными в ГОСТ 8.113 – 85». В техническом описании и инструкции по эксплуатации газоанализатора АСКОН –01 приведена методика его поверки в виде отдельного раздела, содержащая всю совокупность действий и устройств, позволяющих установить метрологическую исправность газоанализатора.

5.Ремонт и юстировка (регулировка) средств измерений.

Правильное использование средств измерений предполагает своевременное и плановое проведение работ по их техническому обслуживанию и ремонту [9].

Использование по назначению средств измерений начинается после их ввода в эксплуатацию. Ввод в эксплуатацию заключается в проведении подготовительных работ, контроле и приемке средств измерений, поступивших после изготовления или ремонта, проверке на соответствие установленным требованиям и закреплении за ответственными лицами. Подготовительные работы могут включать оборудование рабочих мест и помещений,

Рис.16. Пример государственной поверочной схемы.

подготовку лиц к эксплуатации средств измерений, заказ и получение средств метрологического и диагностического обеспечения, запасного инструмента и принадлежностей и т. п.

Важное значение для обеспечения единства и сопоставимости результатов измерений имеет учет условий эксплуатации. Паспортные значения погрешностей средств измерений указаны для нормальных условий применения. При эксплуатации средств измерений в условиях, отличающихся от нормальных, необходимо учитывать дополнительные погрешности, вызванные этими отклонениями, или принимать меры для защиты от воздействия внешних факторов. При анализе условий, в которых будут производиться измерения, учитываются: уровни механических нагрузок (вибраций, ударов, линейных ускорений и т.п.); климатические условия (температура, влажность, атмосферное давление и т.п); наличие или отсутствие активно разрушающей среды (агрессивные газы и жидкости, высокое напряжение и т.п.), в которой будет эксплуатироваться измерительная техника или ее элементы; наличие электрических и магнитных полей и других помех. Уровни воздействующих факторов не должны превышать значений, указанных в техническом описании для выбранных средств измерений и контроля.

При эксплуатации постоянно проводится оценка технического состояния средств измерений лицами, выполняющими измерения, работниками метрологической службы предприятия или органов государственного надзора при проведении калибровки или поверки.

Важной составляющей частью эксплуатации является хранение и содержание средств измерений и контроля в состоянии, обеспечивающем их сохранность, исправность и приведение в готовность к использованию в установленные сроки. Данные задачи решаются выбором требуемых условий хранения, тщательной подготовкой средств измерений к хранению с применением средств защиты от воздействия окружающей среды, правильным размещением, периодическим контролем технического состояния и проведением технического обслуживания.

Показателями и качественными признаками, определяющими техническое состояние средств измерений и контроля, являются внешний вид, комплектность, ресурс (срок службы), запас
времени до периодической поверки (калибровки), правильность функционирования, наличие неисправностей, целостность знака поверки или документов, удостоверяющих поверку, состояние эксплуатационных документов. Для обеспечения исправности и нормального функционирования средства измерений подвергают техническому обслуживанию. Объем и периодичность технического обслуживания зависят от интенсивности использования, уровня надежности и значимости средств измерений.

Периодичность, объем и порядок проведения технического обслуживания приборов, применяемых автономно, определяются эксплуатационной документацией на эти приборы, а приборов, встроенных в технические устройства, – эксплуатационной документацией на эти устройства. При этом не допускается нарушение пломб, оттисков клейм, если это не предусмотрено эксплуатационными документами. Различают техническое обслуживание по установленному регламенту или по текущему состоянию. В зависимости от объема работ техническое обслуживание по регламенту может быть ежедневным, еженедельным, ежемесячным, полугодовым, годовым. Ежедневно обслуживаются только применяемые в данный день приборы.

Все неисправностей средств измерений и контроля, выявленные в процессе технического обслуживания, должны быть устранены. Средства измерений признанные неисправными, подлежат ремонту или списанию.

Основными причинами, вызывающими необходимость ремонта средств измерений, находящихся в эксплуатации являются:

-износ измерительных наконечников;

-износ контактов отдельных деталей, входящих в узлы, влияющие на передаточное отношение приборов;

-нарушение взаимного расположения деталей или узлов, влияющие на стабильность и точность показаний прибора;

-нарушение плавности взаимного перемещения деталей в приборе;

-изменение измерительного усилия;

-загрязнение оптических и коррозия металлических деталей;

-поломка деталей или их деформация;

-неправильная регулировка;

-нарушение целостности электрических цепей;

-изменение механических и электромагнитных свойств материалов, из которых изготовлено средство измерений;

-повреждение изоляции, защитных экранов, заземления и др.

Ремонтно-техническое обслуживание средств измерений включает профилактические мероприятия и ремонт. Профилактические мероприятия – чистку, смазку, удаление загрязнений, регулировку, регламентную замену некоторых деталей без предварительной проверки их фактического состояния, замену отдельных элементов схемы и т. д. – проводят с целью предупреждения неисправностей средств измерений как со снятием, так и без снятия их с эксплуатации.

При обнаружении отказа в средстве измерений или по истечении определенного срока эксплуатации производят его ремонт: текущий, средний или капитальный, а также регулировку.

Текущим называют ремонт, при котором устраняют мелкие неисправности средства измерений путем замены или восстановления отдельных деталей или элементов схемы, а также регулировки или настройки отдельных его узлов, что обеспечивает нормальную эксплуатацию до очередного планового ремонта. При текущем ремонте, как правило, не производят демонтаж средства измерений, а также его регулировку и юстировку в целом.

При среднем ремонте средство измерений восстанавливают или заменяют изношенные или поврежденные узлы и блоки и обязательно проверяют техническое состояние остальных его частей. В случае необходимости производят капитальный ремонт отдельных сложных блоков средства измерений. При среднем ремонте средство измерений, как правило, демонтируют, осуществляют поузловую разборку, а при окончательной сборке – чистку, полную регулировку и юстировку.

Капитальным называют ремонт, при котором производят полную поузловую и подетальную разборку прибора с последующей переборкой, чисткой, пригонкой деталей и узлов, поузловой и полной регулировкой и юстировкой. При капитальном ремонте прибор демонтируют.

На время и стоимость ремонта существенно влияют методы ремонта, среди которых различают детальный и агрегатный.

При детальном методе ремонта отказавшие средства измерений восстанавливают на уровне комплектующих элементов. Основными недостатками этого метода являются: большее время ремонта, особенно, например, сложных радиоизмерительных приборов; сложность диагностического оборудования; высокие требования к квалификации ремонтника; необходимость в тщательно отработанной ремонтной документации с описанием методов поиска и устранения отказов. С учетом все возрастающей сложности парка средств измерений детальный метод ремонта приводит к значительным трудозатратам и увеличению времени отсутствия средств измерений на местах использования.

Суть агрегатного метода ремонта заключается в замене отказавших агрегатов (узлов, блоков, плат) новыми или отремонтированными. Основными преимуществами данного метода ремонта являются минимальное время ремонта, простота технологического оборудования, невысокие требования к квалификации ремонтного персонала, относительная простота ремонтной документации. Однако агрегатный метод ремонта требует блочно-модульного построения средств измерений. Особенно эффективен он при текущем ремонте. Поэтому агрегатный метод представляется перспективным в плане сокращения времени восстановления. К недостаткам этого метода относится высокая стоимость запасных частей.

Ремонт средств измерений выполняют специализированные предприятия или подразделения.

Чтобы обеспечить высокое качество ремонта средств измерений на предприятии, ремонтное подразделение (группа, участок) должно иметь: необходимое оборудование и средства измерений; нормативно-техническую и ремонтную документацию; рабочие чертежи на изготовляемые детали приборов; приспособления и вспомогательное оборудование для ремонта; запасные части и детали; кадры соответствующей квалификации. Помещения производственных и поверочных (калибровочных) подразделений метрологической службы и их оборудование должны удовлетворять требованиям, установленным ГОСТ 8.395, РД 50-443-83 и МИ 670 – 84.

Составляющей процедурой ремонта, поверки или калибровки средств измерений является юстировка (регулировка). В некоторых случаях юстировку может производить оператор при подготовке измерительного прибора к измерениям.

Юстировка (регулировка) – совокупность операций по доведению погрешностей средств измерений до значений, соответствующих техническим требованиям. Юстировку выполняют инспектор – юстировщик, выявляющий дефекты и осуществляющий поверку исправленного прибора, и механик – юстировщик, устраняющий дефекты. Для проведения этой операции в конструкции средств измерений включают юстировочные устройства.

Юстировочные устройства – специально предусмотренные в конструкции средства измерений дополнительные устройства, позволяющие компенсировать погрешности изготовления деталей и износ деталей в процессе эксплуатации.

Юстировочные устройства вводят в следующих случаях:

-заданы строгие допуски на замыкающее звено;

-встречаются длинные размерные цепи;

-в размерной цепи имеются звенья, отклонения которых превосходят допуск на замыкающее звено;

-сборочные базы не вполне определены или недостаточно точны;

-в процессе эксплуатации недопустимо нарушается рабочее состояние прибора или требуется его выверка.

Примерами юстировочных (регулировочных) устройств являются корректоры для установки стрелки шкального прибора на нуль, настроечные резисторы электроприборов, уровень у весов и теодолита и т. д.

В общем случае в конструкции измерительного прибора должны быть предусмотрены два регулировочных узла: регулировки нуля и регулировки чувствительности. Регулировкой нуля уменьшают влияние аддитивной погрешности, постоянной для каждой точки шкалы, а регулировкой чувствительности уменьшают мультипликативные погрешности, меняющиеся линейно с изменением измеряемой величины. При правильной регулировке нуля и чувствительности уменьшается влияние погрешности схемы прибора. Кроме того, некоторые приборы снабжаются устройствами для регулировки погрешности схемы.

Более высокими метрологическими характеристиками обладают измерительные приборы, имеющие узел регулировки чувствительности. Наличие такой регулировки позволяет поворачивать статическую характеристику, что открывает большие возможности для снижения погрешности схемы и, главным образом, мультипликативной погрешности. Так, одновременной регулировкой нуля и чувствительности можно свести систематическую погрешность к нулю сразу в нескольких точках шкалы прибора. От правильности выбора таких точек зависят значения оставшихся после регулировки систематических погрешностей в других точках шкалы.

На практике в качестве точек регулировки принимают начальное и конечное, среднее и конечное или начальное, среднее и конечное значения измеряемой величины в диапазоне измерения. При этом значения систематической погрешности близки к минимально возможным значениям.

Градуировкой называется процесс нанесения отметок на шкалы средств измерений, а также определение значений измеряемой величины, соответствующих уже нанесенным отметкам для составления градуировочных кривых или таблиц.

Различают следующие способы градуировки.

1. Использование типовых шкал. Для подавляющего большинства рабочих средств измерений и эталонов используют типовые шкалы, которые изготовляются заранее в соответствии с уравнением статической характеристики идеального прибора. Если статическая характеристика линейная, то шкала оказывается равномерной. При регулировке прибора параметрам его элементов придают такие значения, при которых погрешность в точках регулировки становится равной нулю.

2. Индивидуальная градуировка шкал. Индивидуальную градуировку шкал осуществляют в тех случаях, когда статическая характеристика прибора нелинейная или близка к линейной, но характер изменения систематической погрешности в диапазоне измерения случайным образом меняется от прибора к прибору данного типа (например, вследствие разброса нелинейности характеристик чувствительного элемента) так, что регулировка не позволяет уменьшить основную погрешность до пределов ее допускаемых значений.

Индивидуальную градуировку проводят в следующем порядке.

На предварительно отрегулированном приборе устанавливают циферблат с еще не нанесенными отметками. На чувствительный элемент прибора последовательно подают несколько измерительных сигналов, соответствующих разным значениям величины, измеряемой прибором. В каждом случае напротив указателя на циферблат наносят отметки и указывают числовое значение величины. Затем отрезок между отметками делят на части.

При индивидуальной градуировке систематическая погрешность уменьшается во всем диапазоне измерения, а в точках, полученных при градуировке, она достигает значения, равного погрешности обратного хода.

3. Градуировка условной шкалы. Условной называется шкала, на которую заранее нанесены деления, например, через миллиметр или угловой градус, и нанесены числа – порядковые номера делений. При градуировке задают или контролируют значение величины, воздействующей на прибор, при помощи эталонов. В результате устанавливают соответствие между значениями измеряемой величины и делениями шкалы, которое оформляют в виде графика или таблицы.

Если поставлена задача избавиться от погрешности обратного хода, градуировку осуществляют раздельно при прямом и обратном ходе.

Руководящим документом по организации технического обслуживания средств измерений на железнодорожном транспорте является РД 32.76 – 97 «Метрологическое обеспечение. Организация и порядок проведения поверки, ремонта, метрологического контроля и списания средств измерений».