Изучение методов поверки и калибровки средств измерений
Цель работы: изучение методов поверки средств измерений и освоение на практике процедур поверки измерительных приборов.
Задание на работу:
1. Изучить теоретические материалы к лабораторной работе.
2. Выполнить поверку измерительного прибора методом непосредственного сличения.
3. Выполнить поверку измерительного прибора методом прямого измерения величины, воспроизводимой эталонной мерой.
4. Определить приведенную погрешность и вариацию показаний поверяемого измерительного прибора.
Теоретические основы работы:
Во всем мире ежедневно производятся миллиарды измерений. В интересах каждой страны и во взаимоотношениях между странами необходимо, чтобы результаты измерений, где бы они ни выполнялись, могли быть согласованы. Другими словами, необходимо, чтобы результаты измерений одинаковых величин, полученные в различных местах, с помощью различных измерительных средств, были бы воспроизводимы на уровне требуемой точности.
Во многом это обеспечивается единообразием средств измерений, под которым понимают такое состояние средств измерений, когда они проградуированы в узаконенных единицах, а их метрологические свойства соответствуют нормам.
Единообразие средств измерений обеспечивается путем их периодической поверки (калибровки), которая осуществляется метрологическими службами предприятий и ведомств или государственной метрологической службой.
Поверкой средств измерений называют совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы с целью определения и подтверждения соответствия средств измерений установленным техническим нормам.
Калибровкой средств измерений называют совокупность операций, выполняемых метрологическими калибровочными органами, принадлежащими государственным, акционерным, кооперативным и частным предприятиям, с целью определения и подтверждения действительных характеристик и пригодности к применению средств измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю.
Поверка (калибровка) средств измерений предполагает определение погрешностей средств измерений.
При положительном исходе поверки (калибровки) средства измерений на него наносят поверочное (калибровочное) клеймо - знак, удостоверяющий факт поверки (калибровки) и признания средства измерений пригодным к применению.
Основой обеспечения единообразия средств измерений является воспроизведение, хранение и передача размера установленных физических величин. Названные технические процедуры осуществляются с помощью государственных эталонов и эталонов 1-го, 2-го, 3-го (иногда 4-го) разрядов. Все эти процедуры имееют конечной целью передачу размера физической величины от эталоных к рабочим средствам измерений.
Сущность поверки рабочих средств измерений, осуществляемой с помощью эталонов, состоит в определении того, насколько хорошо передан размер единицы физической величины к рабочему средству измерений.
Узловым вопросом при поверке является выбор соотношения между допустимыми погрешностями эталона и рабочего средства измерений. Обычно это соотношение 1:3 или 1:5. Очень важным при этом является соотношение диапазонов измерений эталона и рабочего средства измерений. Верхний предел измерений эталона должен быть равен или незначительно превышать верхний предел измерений рабочего средства измерений.
Для поверки рабочих измерительных устройств применяются следующие методы поверки:
- непосредственное сличение рабочего средства измерений с эталонным измерительным устройством;
- прямое измерение рабочим средством измерений физической величины, воспроизводимой эталонной мерой.
В данной лабораторной работе предусматривается изучение поверки или калибровки (далее будет применяться только термин "поверка") измерительных приборов. Поэтому ниже приводятся сведения о погрешностях измерительных приборов.
У измерительных приборов имеется шкальное отсчетное устройство (см. рис.2.2), отградуированное в единицах измеряемой величины. Поэтому результат измерений представляется непосредственно в единицах этой величины. Это обусловливает простоту определения погрешности измерительных приборов.
По форме представления для измерительных приборов принято различать абсолютную, относительную и приведенную погрешности.
Абсолютной погрешностью измерительного прибора D называют разность показаний прибора Xп и истинного (действительного) значения Xд измеряемой величины:
| D = Xп - Xд . | (3.1) |
Действительное значение Xд определяется с помощью эталонного прибора или воспроизводится эталонной мерой.
Относительной погрешностью измерительного прибора d называют отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к действительному значению измеряемой величины. Относительную погрешность выражают в процентах:
 . | (3.2) |
Приведенной погрешностью измерительного прибора g называют отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к нормирующему значению XN, в качестве которого часто используется диапазон измерений прибора. Приведенная погрешность выражается в процентах:
 , | (3.3) |
где Xв и Xн - соответственно верхний и нижний пределы измерений.
Показания измерительного прибора могут не совпадать при постепенном увеличении значения измеряемой физической величины и последующем его уменьшении. Это явление связано с погрешностью гистерезиса. Последнюю для измерительных приборов принято характеризовать абсолютной и приведенной вариацией показаний.
Вариация показаний измерительного прибора - разность показаний измерительного прибора, получаемых при одном и том же значении измеряемой величины Xд при постепенном увеличении (прямой ход) и последующем уменьшении (обратный ход) измеряемой величины:
| W = Xппр - Xпобр , | (3.4) |
где Xппр и Xпобр - показания измерительного прибора при прямом и обратном ходе.
Обычно используют приведенную вариацию показаний измерительного прибора, выраженную в процентах:
 . | (3.5) |
При поверке измерительного прибора вариацию определяют для всех поверяемых отметок шкалы, а в качестве оценки вариации поверяемого рабочего прибора принимают максимальную вариацию:
 . | (3.6) |
Измерительные устройства принято разделять на классы точности.
В настоящее время класс точности L трактуется как обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основной[1] и дополнительной[2] погрешностей, и рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений.
Обозначение классов точности L производится в зависимости от способов задания пределов допускаемой погрешности. Если последняя выражается приведенной (3.3) или относительной (3.2) погрешностью, применяются соответственно следующие обозначения: 2 и ‚ (обозначения приведены для класса точности 2).
При поверке измерительного прибора методом непосредственного сличения с эталонным на вход этих измерительных приборов подается поочередно несколько значений измеряемой величины и определяется разность показаний эталонного и поверяемого приборов. Определение этой разности можно проводить одним из двух способов.
По первому способу путем изменения измеряемой величины устанавливают ее значение, соответствующее поверяемой отметке на шкале эталонного прибора ЭП, а по шкале поверяемого рабочего прибора РП определяют погрешность D - рис. 3.1 а.
По второму способу значение измеряемой величины устанавливают на шкале поверяемого рабочего прибора РП, а погрешность D определяют по шкале эталонного прибора ЭП - рис.3.1 б.
Первый способ удобен при автоматизации поверочных работ. Он позволяет с помощью одного эталонного прибора и одного устройства, воспроизводящего измеряемую величину, поверять сразу несколько приборов. Второй способ позволяет точнее, чем первый, определить погрешность, так как шкала эталонного прибора имеет боьшее число делений, чем шкала поверяемого. Такое преимущество данного способа проявляется только при тщательной установке указателя поверяемого прибора на оцифрованные отметки шкалы.
Как при поверке измерительного прибора методом прямого измерения величин, воспроизводимых мерами, так и при поверке методом непосредственного сличения с эталонным прибором наибольшую, полученную во всем диапазоне измерения погрешность принимают за основную погрешность поверяемого измерительного прибора.
Для измерительных приборов, у которых нормировано значение вариации, при поверке показания снимаются как минимум дважды: при плавном возрастании измеряемой величины и при ее плавном убывании. При этом устанавливаются такие значения измеряемой величины, при которых указатель подходит к соответствующим отметкам шкалы с одной или с другой стороны, не переходя ее.
Поверка измерительных приборов методом прямого измерения величины, воспроизводимой эталонной мерой, также реализуется двумя способами.
По первому способу на многозначной мере устанавливают поочередно значения физической величины, соответствующие выбранным для поверки (чаще всего оцифрованным) отметкам шкалы поверяемого рабочего измерительного прибора и по шкале этого прибора считывают показания и определяют погрешность D.
По второму способу для каждой, выбранной для поверки отметки шкалы измерительного прибора, на многозначной мере набирают такое значение воспроизводимой ею величины, при котором стрелка поверяемого прибора устанавливается на поверяемую отметку прибора, а погрешность при этом определяют как разность значения физической величины, соответствующего поверяемой отметке шкалы, и значения физической величины, установленного на многозначной мере.
Поверка измерительных преобразователей осуществляется обычно теми же методами, что и поверка приборов. При этом для измерения сигнала на выходе измерительного преобразователя используется соответствующий эталонный измерительный прибор.
Описание лабораторного стенда:
Лабораторная работа выполняется на двух лабораторных стендах.
Первый стенд (рис.3.2) служит для поверки измерительного прибора методом непосредственного сличения, второй стенд (рис.3.3) - для поверки измерительного прибора методом прямого измерения величины, воспроизводимой эталонной мерой.
Первый стенд (рис.3.2) содержит эталонный 1 и рабочий 2 вольтметры постоянного тока с диапазоном измерений (0 - 1) В, источник регулируемого напряжения 3. Стенд подключается к электрической сети с помощью вилки 4 и включается в работу с помощью тумблера 5. Лампа 6 служит для сигнализации включения стенда. Напряжение к эталонному и рабочему вольтметрам от источника поступает по проводам через клеммы 7 и 8 соответственно. Установка требуемого напряжения на выходе источника осуществляется с помощью ручки 9.
 | РП ЭП РП ЭП |
|
Второй стенд (рис.3.3) содержит многозначную эталонную меру - магазин сопротивлений 1 и омметр 2, который является поверяемым рабочим прибором.
 |
|
Порядок выполнения работы
Поверка вольтметра методом непосредственного сличения.
1. С помощью вилки 4 подключить стенд к электрической сети.
2. Тумблер 5 перевести в положение "Вкл.". При этом должна загореться сигнальная лампа 6.
3. Изменяя напряжение от источника 3, выполнить поверку рабочего вольтметра по первому из рассмотренных выше способов при увеличении и уменьшении значения напряжения, поступающего от источника, т.е. при прямом и обратном ходе. Результаты поверки занести в таблицу 3.1.
4. Изменяя напряжение от источника 3, выполнить поверку рабочего вольтметра по второму способу, также при увеличении и уменьшении значения напряжения, поступающего от источника. Результаты поверки занести в таблицу 3.2.
5. Выключить тумблер 5 и отсоединить стенд от электрической сети.
6. Вычислить абсолютную, приведенную погрешности и вариацию показаний измерительного прибора и сопоставить результаты поверок, выполненных по первому и второму способам.
7. Используя информацию о классе точности поверяемого прибора, сделать вывод о его пригодности к применению.
Поверка омметра методом измерения величин, воспроизводимых эталонной мерой.
1. Подключить к клеммам омметра 2 магазин сопротивлений 1 (рис.3.3).
2. Установить на магазине сопротивлений значение сопротивления равное "0"
3. По заданию преподавателя установить на омметре соответствующий диапазон измерений.
4. С помощью корректора (на рис. 3.3 не показан) установить стрелку омметра на отметку "0".
5. Последовательно устанавливать на магазине сопротивлений соответствующие поверяемой отметке омметра значения сопротивления, а затем считать показания по шкале омметра.
6. Изменяя значение сопротивления магазина, выполнить поверку омметра по первому из рассмотренных выше способов при увеличении и уменьшении значения сопротивления, т.е. при прямом и обратном ходе, в нескольких точках шкалы омметра (оцифрованные отметки). Результаты занести в таблицу 3.3.
7. Выполнить поверку омметра по второму из рассмотренных способов. Результаты занести в таблицу 3.4, аналогичную таблице 3.3.
8. Вычислить абсолютную, приведенную погрешности и вариацию показаний и сопоставить результаты поверок, выполненных по первому и второму способам.
9. Используя информацию о классе точности поверяемого прибора, сделать вывод о его пригодности к применению.
1. Тип поверяемого измерительного устройства
2. Диапазон измерений
3. Класс точности
Таблица 3.1.
| Показания рабочего прибора, Xп , мВ | Показания эталонного прибора, Xд, мВ | Абсолютная погрешность, D, мВ | Приведенная погрешность, g, % | Вариация показаний, WП,% | ||||
| Прямой Ход | Обратный ход | Прямой ход | Обратный Ход | Прямой ход | Обратный ход | Прямой Ход | Обратный Ход | |
Таблица 3.2.
| Показания рабочего прибора, Xп , мВ | Показания эталонного прибора, Xд, мВ | Абсолютная погрешность, D, мВ | Приведенная погрешность, g, % | Вариация показаний, WП,% | ||||
| Прямой Ход | Обратный ход | Прямой ход | Обратный Ход | Прямой ход | Обратный ход | Прямой Ход | Обратный Ход | |
Таблица 3.3
1. Тип поверяемого измерительного устройства
2. Диапазон измерений
3. Класс точности
| Показания рабочего прибора, Xп , Ом | Показания эталонного прибора, Xд, Ом | Абсолютная погрешность, D, Ом | Приведенная погрешностьь, g, % | Приведен-ная вариация показаний, WП, % | ||||
| Прямой Ход | Обратный ход | Прямой ход | Обратный Ход | Прямой ход | Обратный ход | Прямой ход | Обратный Ход | |
Таблица 3.4
| Показания эталонного прибора, Xп , Ом | Показания рабочего прибора, Xд, Ом | Абсолютная погрешность, D, Ом | Приведенная погрешностьь, g, % | Приведен-ная вариация показаний, WП, % | ||||
| Прямой Ход | Обратный ход | Прямой ход | Обратный Ход | Прямой ход | Обратный ход | Прямой ход | Обратный Ход | |
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ