Нормативные ссылки. 1 Фарзане, Н. Г. Технологические измерения и приборы [Текст] / Н

Нормативные ссылки

В учебно-методическом пособии 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 1.12-99 ГСС РФ. Стандартизация и смежные виды деятельности. Термины и определения.

ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы.

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

ГОСТ 6651-94 Термопреобразователи сопротивления. Общие технические условия и методы испытаний.

ГОСТ 23737-79 Меры электрического сопротивления. Общие технические условия.

РМГ 29-99 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 методики испытания логометра.

Изучение методики обработки экспериментальных данных в целях определения погрешностей логометра и поправки к его показаниям.

 

2 Общие сведения

Испытание – техническая операция, заключающаяся в определении одной или нескольких характеристик данной продукции, процесса или услуги в соответствии с установленной процедурой – по ГОСТ Р 1.12.

Результатом испытания является оценка характеристик свойств объекта, установление соответствия объекта заданным требованиям.

В лабораторной работе объектом испытания является логометр.

Логометр – это вторичный аналоговый электромеханический прибор непосредственной оценки, входящий в состав термометра сопротивления [1].

В лабораторной работе изучается вторичный прибор - магнитоэлектрический логометр типа Ш69000, выполняющий функцию показаний измеряемой температуры. Логометр имеет следующие метрологические характеристики [2]: диапазон измерений по температуре 0…50 ^ОС, по сопротивлению 100…119,7 Ом; класс точности 1,5; номинальная статическая характеристика (НСХ) преобразования 100 П по ГОСТ 6651.

В промышленных условиях логометр работает в комплекте с датчиком – термопреобразователем сопротивления платиновым типа ТСП, имеющим такую же НСХ преобразования 100 П и подключенным трехжильным медным кабелем [3]. Трехжильный кабель используется для уменьшения дополнительной погрешности, связанной с нагревом кабеля окружающим воздухом.

Термопреобразователь сопротивления предназначен для преобразования входной измеряемой температуры "t" в выходное электрическое сопротивление "Rt".

Статическая характеристика (математическая модель статики) термопреобразователя сопротивления может быть представлена в трех формах: аналитической (в виде алгебраического уравнения), табличной и графической (в виде диаграммы).

Аналитическая форма теоретической математической модели статики термопреобразователя сопротивления типа ТСП с НСХ преобразования 100 П (при W₁₀₀=1,391) имеет вид

, (1)

где Rt– сопротивление термопреобразователя при температуре t, Ом;

R0– сопротивление термопреобразователя при температуре 0 оС, Ом;

t – измеряемая температура, оС;

А, В – параметры математической модели.

В свою очередь параметры равны:

R0= 100 Ом; А = 3,96847´10-3оС-1; В = - 5,847´10-7оС-2.

Статическая характеристика, представленная как функция выходной величины от входной, т.е. Rt=f₁(t), называется прямой, а представленная как функция входной величины от выходной, т.е. t=f₂(Rt), называется обратной.

Табличная форма статической характеристики термопреобразователя сопротивления приведена в приложении А.

Графическая форма статической характеристики термопреобразователя сопротивления показана на рисунке 1.

В лабораторной работе на вход логометра вместо термопребразователя сопротивления будет подключен магазин сопротивления типа МСР-63 по ГОСТ 23737 с предельным значением устанавливаемого сопротивления 111111,1 Ом и классом точности 0,05.

В лабораторной работе изучение логометра предусматривает определение его погрешностей и установление пригодности к применению. Эти операции выполняются на производстве при проведении поверки или калибровки.

 

Рисунок 1 – Графическая форма статической характеристики

термопреобразователя сопротивления

 

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. Поверка используется в рамках сферы государственного регулирования, калибровка – в сфере добровольной метрологической деятельности [2].

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.

При проведении поверки показывающего прибора выполняют следующие операции, результаты которых фиксируют в протоколе:

- внешний осмотр, во время которого устанавливают наличие технического описания и инструкции по эксплуатации; отсутствие повреждений, влияющих на работу прибора; соответствие расположения стрелки относительно начальной отметки шкалы;

- проверка электрической прочности изоляции и определение электрического сопротивления изоляции;

- определение соответствия основной погрешности и вариации показаний допускаемым значениям;

- проверка характера успокоения указателя (стрелки) прибора после подачи на его вход ступенчатого воздействия;

- определение соответствия времени прохождения указателем всей шкалы допускаемым значениям.

В лабораторной работе из перечисленных выше операций будет выполняться только одна – связанная с определением погрешностей и вариаций прибора.

Классы точности аналоговых приборов чаще всего обозначают в виде чисел, наносимых на циферблат или корпус прибора. Если число обведено окружностью, то оно характеризует пределы допускаемой относительной погрешности прибора, если окружность вокруг числа отсутствует, то оно характеризует пределы основной приведенной погрешности. Класс точности логометра обозначен числом 1,5 без окружности и это означает, что пределы допускаемой основной приведенной погрешности прибора равны ± 1,5 %.

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.

 

3 Описание лабораторной установки

Схема установки приведена на рисунке 2. Установка содержит логометр 1 типа Ш69000; источник питания 2 типа СВ-4М; вольтметр 3 типа М366, предназначенный для контроля за напряжением питания, равным 4 В; магазин сопротивлений 4 типа МСР-63, предназначенный для имитации выходного сопротивления датчика. Два верхних декадных переключателя у магазина сопротивлений отключены – для исключения возможности ошибочного подключения большого сопротивления на вход логометра.

 

 

Рисунок 2 - Схема лабораторной установки

 

4 Техника безопасности при выполнении лабораторной работы

Пакетный выключатель, с помощью которого подается напряжение питания к логометру, может быть включен только после разрешения преподавателя.

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 лабораторную установку к проведению эксперимента, выполните для этого следующие операции:

- начертите заготовку таблицы для записей результатов наблюдений и расчетов (по форме, приведенной в приложении Б); запишите в графу 1 таблицы Х.1 числовые отметки шкалы логометра, в графу 2 - соответствующие значения сопротивления датчика (взятые из приложения А);

- проверьте правильность сборки схемы на лабораторном стенде;

- установите на магазине МСР-63 сопротивление, равное 99,5 Ом.

5.2 Проведите эксперимент по определению результатов наблюдений входного сопротивления, выполните для этого следующие операции:

- после включения преподавателем питания схемы увеличивайте с помощью магазина МСР-63 входное сопротивление логометра и последовательно подводите его стрелку ко всем числовым отметкам шкалы слева (прямой ход) – для каждой отметки записывайте в графу 3 таблицы Х.1 значение сопротивления R* (действительное значение);

- после достижения указателем конечной отметки шкалы увеличьте сопротивление еще на 0,1 Ом - выведите стрелку прибора за эту отметку и после минутной временной задержки уменьшайте сопротивления магазина МСР-63 - последовательно подводите указатель к числовым отметкам шкалы справа (обратный ход), при этом записывайте в протокол значения сопротивления R**, устанавливаемые на МСР-63.

5.3 Проведите обработку результатов наблюдений, выполните для этого следующие операции:

- рассчитайте значения абсолютных погрешностей Δ*, Ом, логометра при прямом ходе - для всех числовых отметок шкалы - по формуле

, (2)

где R - номинальное табличное значение сопротивления, соответствующее поверяемой отметке шкалы (измеренное значение), Ом;

- рассчитайте значения приведенных погрешностей γ*, %, логометра при прямом ходе - для всех числовых отметок шкалы - по формуле

, (3)

где - нормирующее значение, равное разности между сопротивлениями, соответствующими конечной и начальной отметками шкалы логометра, Ом;

- рассчитайте абсолютные Δ** и приведенные γ** погрешности логометра для обратного хода, подставляя в формулы (2) и (3) вместо R* значения R**, полученные при обратном ходе для тех же числовых отметок;

- рассчитайте абсолютные b, Ом, и приведенные b_пр, %, вариации для всех числовых отметок шкалы - по формулам:

, (4)

; (5)

- все рассчитанные значения погрешностей и вариаций запишите в протокол поверки, сравните их с допускаемыми значениями - сделайте заключение о пригодности к эксплуатации логометра;

- для каждой числовой отметки N, ^ОС, шкалы логометра рассчитайте среднее значение входного сопротивления R_СР, Ом, по формуле

; (6)

запишите результаты расчетов в таблицу 1;

Таблица 1 – Поправки к показаниям логометра

N, OC	RСР, Ом	АСР, Ом	SД, Ом/ОС	А, ОС

 

- для каждой числовой отметки N, ^ОС, шкалы логометра рассчитайте среднее значение поправки А_СР, Ом, по формуле

; (7)

запишите результаты расчетов в таблицу 1;

- для каждой числовой отметки N, ^ОС, шкалы логометра рассчитайте соответствующее значение чувствительности датчика S_Д, Ом/^ОС, как производную от выражения (1), по формуле

; (8)

запишите результаты расчетов в таблицу 1;

- для каждой числовой отметки N, ^ОС, шкалы логометра рассчитайте среднее значение поправки А, ^ОС, по формуле

; (9)

запишите результаты расчетов в таблицу 1.

 

6 Содержание отчета

Отчет о лабораторной работе должен содержать название работы и следующие разделы: цели работы; технические данные используемых средств измерений (тип, диапазон измерений, класс точности, диапазон изменения выходного сигнала); инструкцию для оператора по выполнению работы; результаты работы: протокол поверки логометра, оформленный на отдельном листе как приложение к отчету о лабораторной работе (по форме, приведенной в приложении Б); таблицу 1 с экспериментальными и расчетными данными и следующие математические модели статики:

- логометра - теоретическую в табличной и графической формах;

- логометра – экспериментальную N=f(R_CP) в табличной и графической формах.

Отчет должен быть оформлен на листах бумаги формата А4 по ГОСТ 2.301, снабженных рамкой и основной надписью по ГОСТ 21.101.

В приложении В на рисунке В.1 показана форма основной надписи для первого листа отчета, на рисунке В.2 – форма основной надписи для последующих листов.

 

7 Контрольные вопросы

1) Какой измерительный преобразователь называется первичным, какой измерительный прибор называется вторичным?

2) В чем состоит различие между измерительным прибором и измерительным преобразователем?

3) Какие измерительные приборы относятся к аналоговым, к цифровым?

4) Как определяется цена деления шкалы аналогового прибора?

5) Как производится отсчет показаний аналогового прибора?

6) Какие виды сигналов используются в измерительных каналах для передачи измерительной информации? Чем отличается естественный сигнал от унифицированного?

7) Какие физические величины являются входными и выходными по отношению к термопреобразователю сопротивления и к логометру?

8) Какие единицы температуры используются в промышленности? Какая существует связь между единицами температуры?

9) Как формулируются определения для погрешностей измерительных приборов: абсолютной, относительной, приведенной?

10) Как формулируются определения для погрешностей измерительных приборов: основной, дополнительной?

11) Как определяется поправка к показанию прибора?

12) Как на основе данных из таблицы 1 можно рассчитать приближенное значение поправки для нечисловой отметки шкалы логометра, используя метод линейной интерполяции?

13) Каким образом нормируются с помощью классов точности пределы допускаемых основных погрешностей аналоговых измерительных приборов?

14) В каких формах могут быть представлены статические характеристики элементов автоматических систем?

15) В чем состоит различие между прямой и обратной статическими характеристиками прибора?

16) Как могут быть записаны в аналитической форме теоретические статические характеристики термопреобразователя сопротивления, логометра и комплекта, состоящего из термопреобразователя сопротивления и логометра?

17) Как осуществляется поверка измерительного прибора? Какие операции выполняются при поверке?

18) Какие погрешности и вариации определяют при проведении поверки?

19) Какой порядок экспериментального определения погрешностей логометра?

20) Что называется чувствительностью (коэффициентом передачи) средства измерений?

21) Как осуществляется линеаризация статической характеристики термопреобразователя сопротивления и расчет поправки к показаниям логометра?

22) Какие могут быть приведены примеры применения термометров сопротивления в известных студенту технологических процессах?

23) Какие принципы измерений реализуются средствами измерений, используемыми в лабораторной работе?

Список литературы

1 Фарзане, Н. Г. Технологические измерения и приборы [Текст] / Н. Г. Фарзане, Л. В. Илясов, А. Ю. Азим-Заде. – М.: Высшая школа, 1989. – 456 с.

2 Лифиц, И. М. Стандартизация, метрология и сертификация [Текст] / И. М. Лифиц. – М.: Юрайт-Издат, 2004. – 335 с.

3 Автоматизация технологических процессов пищевых производств [Текст] / Е.Б. Карпин [и др.]; под ред Е. Б. Карпина. - М.: Пищевая промышленность, 1977. - 431 с.