В условиях постоянно расширяющегося ассортимента выпускаемой продукции основным фактором, определяющим целесообразность приобретения изделий потребителем, является качество.

Качество стало залогом успеха и основным условием, предопределяющим увеличение объема продукции, поставляемой на национальные и международные рынки.

Стандартизация и метрология являются важнейшими инструментами регулирования и обеспечения качества продукции, работ и услуг. Применение стандартов и соблюдение правил метрологии во всех сферах деятельности одно из главных условий выхода на рынок с конкурентоспособной продукцией.

Большое значение имеет и изучение метрологических характеристик средств измерений, влияющих на результаты и погрешности измерений.

Применение современных дифманометров является актуальной проблемой для нашей страны. Так как при существенном росте стоимости тепловой энергии за последние 10 лет учёт энергии на многих энергопредприятиях осуществляется устаревшими приборами и методами. В основе устаревшего учета - ручное планиметрирование диаграмм самопишущих приборов. Эта технология не позволяет обеспечить высокую точность измерений и необходимую оперативность в предоставлении учётной информации экономическим службам ТЭС, РТС и котельных. Из-за неточных измерений мы теряем сотни миллионов рублей ежегодно. Сокращение погрешностей при измерении может помочь сэкономить средства, которые тратятся бесполезно, это поможет удержать цены на энергетические ресурсы на приемлемом уровне и избежать ненужных ценовых повышений.

Актуальность данной работы объясняется тем, что средства измерения плотно входят в жизнь современного человека. Кроме того, средства измерения связаны с разноплановой профессиональной деятельностью, что позволяет говорить о необходимости уметь пользоваться как распространенными видами средств измерений, так и встречающихся не столь часто. В частности, это область энергетической промышленности, где и применяются дифманометры

Целью работы является изучение основных принципов работы с дифманометром, для этого необходимо выполнить следующие задачи:

Изучить устройство, принцип действия и типы дифманометров;

Ознакомиться с требованиями, предъявляемыми к дифманометрам;

Изучить и разработать методику поверки;

Произвести практическую работу с дифманометром (измерения и поверка)

Объектом данной работы является семейство дифманометров.

Предметом данной работы являются измерения, выполненные при помощи дифманометра.

Методы исследования - метод Стьюдента, поверка, расчетные методы.

1. Анализ объекта исследования

1.1 История дифманометра

Компенсационный дифманометр - это прибор, принцип действия основного блока (пневмо или электросилового преобразователя), которого основан на силовой компенсации усилия, развиваемого упругими чувствительными элементами (сильфон или мембрана) измерительного блока. Компенсационные дифманометры удобны для непрерывного преобразования перепада давления в пропорциональный пневматический или электрический сигнал дистанционной передачи, что позволяет использовать в комплекте с вторичными приборами (измерителями-регуляторами).

Дифманометры компенсационного типа являются более совершенными по сравнению с дифманометрами с упругими чувствительными элементами: они более точные - основная погрешность лежит в пределах 0 5 - 1 %, динамические свойства их более высокие, они более универсальны, позволяют легко переходить от одного предела измерения к другому, система дистанционной передачи является составной частью компенсационного дифманометра. Однако компенсационные дифманометры более сложны по конструкции, некоторые из разновидности чувствительны к вибрациям (рис.1.6).

Рисунок 1.6. Внешний вид компенсационного дифманометра.

Дифманометры компенсационного типа имеют очень малую величину измерительного перемещения, что создает благоприятные условия работы для мембран, сильфонов и других пружинных элементов, уменьшая вредное влияние гистерезиса. Это в свою очередь позволяет путем применения ленточных крестообразных подвесов отказаться от подшипников и таким образом избежать трения.

В дифманометрах компенсационного типа перемещение чувствительного элемента воздействует на усилительное или релейно-контактное устройство, управляющее посторонним источником энергии, который и создает противодействующую, или компенсационную, силу, уравновешивающую усилие, приложенное к чувствительному элементу со стороны измеряемого перепада давления. [10]

Таблица 1.1 - Классификация дифманометров и основные характеристики по ГОСТ 18140-84. [23]

Принцип действия современных сильфонных дифманометров.

Сильфонные чувствительные элементы используются в механических показывающих и самопишущих дифманометрах типа ДСП и ДСС. Схема их чувствительного элемента, представляющего сильфонный блок, дана на рис.1.7., а, на рис.1.7, б приведен внешний вид дифманометра с вентильным блоком. Под действием разности давлений рабочий сильфон 1, расположенный в плюсовой камере дифманометра, сжимается и кремнийорганическая жидкость 2, заполняющая внутреннюю полость сильфона 1, частично вытесняется во внутреннюю полость сильфона 3, находящегося в минусовой камере дифманометра. При этом перемещается шток 4, жестко соединенный с дном сильфона 3. Работающие на растяжение пружины 5 одним концом прикреплены к неподвижному стакану 6, а другим - к концу штока 4. Со штоком 4 соединен конец рычага 7, который с помощью торсиона 8, отделяющего внутреннюю полость дифманометра от атмосферы, поворачивает ось 9, связанную с записывающим или показывающим устройством. Резиновые кольца 10 служат для ограничения хода штока 4 при односторонних перегрузках.

Рисунок 1.7 Сильфонный дифманометр типа ДС:

а - схема сильфонного блока; б - внешний вид; 1 - рабочий сильфон; 2 - кремний органическая жидкость; 3 - внутренняя полость сильфона; 4 - шток; 5 - пружины; 6 - неподвижный стакан; 7 - рычаг; 8 - тореной; 9 - ось; 10 - резиновые кольца; 11 - гофры; 12, 13 - вентили запорные и уравнительный

Первые три гофра 11 представляют собой термокомпенсатор, воспринимающий изменение внутреннего объема жидкости 2 при изменении температуры прибора. Дифманометры снабжаются вентильным блоком, включающим запорные вентили 12 и уравнительный 13. Подключение к объекту измерения дифманометра с открытым уравнительным вентилем позволяет исключить воздействие одностороннего рабочего давления на чувствительный элемент. При закрытых вентилях 12 и открытом 13 указатель дифманометра должен находиться на начальной отметке, что используется при проверке его работоспособности и настройке.

Дифманометры ДС могут иметь сигнализирующее устройство ипневматические преобразователи. Привод диаграммной бумаги при регистрации показаний, как и в манометрах МТС, производится синхронным двигателем или часовым механизмом. Дифманометры имеют верхний предел измерения от 6,3 кПа до 0,16 МПа при рабочем давлении 16 и 32 МПа, класс точности 1; 1,5. Дифманометры - расходомеры, работающие с сужающими устройствами, могут иметь манометрическую часть, производящую регистрацию статического давления до 32 МПа, и интегратор для суммирования расхода. [21]

1.2 Поверка и ГОСТы

ГОСТ 18140-84 "Манометры дифференциальные ГСП. Общие технические условия"

Поверка механического дифманометра по ГОСТ 8.243-77.

Поверка производится в соответствии с нормативными документами, утверждаемыми по результатам испытаний по утверждению типа СИ. В ходе поверки определяют пригодность средства измерения к применению.

Проведение внешнего осмотра дифманометра.

Проверка системы на герметичность

Установка стрелки (пера) на нулевую отметку шкалы

Проверка положения стрелки (пера) у нулевой отметки шкалы

Проведение измерений дифманометром

Расчет погрешности измерений и сравнение с показаниями образцового прибора

Подведение итогов поверки

Поверка показаний дифманометра производится путем ступенчатого повышения и снижения давления в системе установки. Изменение давления осуществляется воздушным прессом. Ступени давления, при которых снижаются показания с образцового манометра и поверяемого дифманометра, должны быть близки к точкам, соответствующим 30, 40, 50, 60, 80 и 100 % верхнего значения шкалы поверяемого дифманометра.

Поверка показаний дифманометра должна производиться при температуре окружающего воздуха 20 С.

Поверка показаний дифманометра производится их сравнением с показаниями образцового прибора. Образцовый прибор, применяемый при поверке, выбирается в зависимости от верхнего предела измерений поверяемого дифманометра. Погрешность показаний образцового прибора не должна превышать 1/3 допустимой основной погрешности показаний дифманометра. Выбор рабочей жидкости образцового прибора обусловливается необходимостью достаточно точного отсчета.

Поверку показаний дифманометра проводят через интервалы 10 % равномерной шкалы. Если обнаружены отклонения давлений на выходе больше допустимой погрешности, производят регулировку сжатием или расслаблением сильфона обратной связи с обязательной последующей регулировкой нулевого положения. Погрешность прибора не должна превышать Г % от диапазона выходного давления воздуха.

Поверку показаний дифманометра производят в восьми точках шкалы, равномерно распределенных по всей шкале. В число выбранных точек должны входить отметки, соответствующие 30 и 100 % расчетного расхода или 10 и 100 % максимального перепада. [11]

Поверку показаний дифманометров производят путем сравнения их с показаниями контрольного дифманометра, включенного в поверочную схему.

Периодическая поверка приборов осуществляется на месте установки работниками, обслуживающими приборы, или специально создаваемой поверочной бригадой. Периодическая поверка расходомеров в условиях эксплуатации обычно состоит из поверки показаний дифманометра, правильности работы интегратора и сужающего устройства.

Поверку показаний дифманометра делают два раза: один раз при повышении, а второй раз при понижении показаний прибора, причем стрелку необходимо подводить к поверяемой точке медленно, чтобы правильность поверки не нарушалась действием сил инерции при движении кинематического механизма прибора.

Для выявления неисправностей производят поверку показаний дифманометра на стенде. Поверку бесшкальных дифманометров производят совместно с комплектующими их вторичными приборами.

Метод поверки показаний дифманометров основан на / сравнении перепада давления, замеренного контрольными поверяемым приборами. Искусственный перепад давления может создаваться сжатым воздухом или столбом воды.

Возможные неисправности механического дифманометра при поверке и способы их устранения.

Таблица 2.1 - Возможные неисправности дифманометра по ГОСТ 18140-84.

Класс точности.

На точность измерений, выполняемых дифманометром, как и любым другим измерительным прибором, большое влияние оказывает класс точности прибора. Так что же это такое?

Класс точности - основная метрологическая характеристика прибора, определяющая допустимые значения основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения. Она выражает в процентах отношение наибольшей допустимой абсолютной погрешности прибора, находящегося в нормальных условиях работы, к его номинальной величине.

Погрешность может нормироваться, в частности, по отношению к:

результату измерения (по относительной погрешности)

В этом случае, по ГОСТ 8.401-80 (взамен ГОСТ 13600-68), цифровое обозначение класса точности (в процентах) заключается в кружок.

длине (верхнему пределу) шкалы прибора (по приведенной погрешности)

Для стрелочных приборов принято указывать класс точности, записываемый в виде числа, например, 0,05 или 4,0. Это число дает максимально возможную погрешность прибора, выраженную в процентах от наибольшего значения величины, измеряемой в данном диапазоне работы прибора.

По метрологическому назначению измерительные приборы делятся на образцовые и рабочие. Образцовыми измерительными приборами называются приборы, предназначенные для поверки других измерительных приборов. Рабочими измерительными приборами называются все измерительные приборы, служащие для непосредственных измерений. Степень точности приборов легла в основу их разделения па классы. Класс точности измерительных приборов характеризуется уровнем допускаемой погрешности.

Рабочие дифманометры имеют классы точности - 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4.

Обозначения класса точности могут иметь вид заглавных букв латинского алфавита, римских цифр и арабских цифр с добавлением условных знаков. Если класс точности обозначается латинскими буквами, то класс точности определяется пределами абсолютной погрешности. Если класс точности обозначается арабскими цифрами без условных знаков, то класс точности определяется пределами приведённой погрешности и в качестве нормирующего значения используется наибольший по модулю из пределов измерений. Если класс точности обозначается арабскими цифрами с галочкой, то класс точности определяется пределами приведённой погрешности, но в качестве нормирующего значения используется длина шкалы. Если класс точности обозначается римскими цифрами, то класс точности определяется пределами относительной погрешности.

Точности прибора подразделяются на 9 классов и приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Значения класса точности по ГОСТ 8.401-80

Выбор того или иного метода измерения зависит от характера измеряемой величины, необходимой точности измерения и от измерительной аппаратуры. Как бы совершенны ни были измерительные приборы, и методы измерений все же они дают лишь приближенные значения измеряемых величин. Отклонения результатов измерений от действительного значения измеряемой величины называется погрешностью измерения. За действительное значение измеряемой величины принимается величина, измеренная образцовым прибором. [4]

2.1 Методики измерения погрешностей дифманометра

Таблица 2.3 - функция распределения Стьюдента-Гаусса

Пользуясь данными таблицы, можно:

1) определить доверительный интервал, задаваясь определенной вероятностью;

2) выбрать доверительный интервал и определить доверительную вероятность.

При косвенных измерениях среднюю квадратичную ошибку среднего арифметического значения функции вычисляют по формуле

Доверительный интервал и доверительная вероятность определяются так же, как и в случае прямых измерений.

Оценка суммарной погрешности измерений. Запись окончательного результата.

Суммарную погрешность результата измерений величины Х будем определять как среднее квадратичное значение систематической и случайной погрешностей

где дх - приборная погрешность, Дх - случайная погрешность.

В качестве Х может быть как непосредственно, так и косвенно измеряемая величина.

Окончательный результат измерений рекомендуется представлять в следующем виде:

Следует иметь в виду, что сами формулы теории ошибок справедливы для большого число измерений. Поэтому значение случайной, а следовательно, и суммарной погрешности определяется при малом n с большой ошибкой. При вычислении Дх при числе измерений рекомендуется ограничиваться одной значащей цифрой, если она больше 3 и двумя, если первая значащая цифра меньше 3. Например, если Дх= 0,042, то отбрасываем 2 и пишем Дх=0,04, а если Дх=0,123, то пишем Дх=0,12.

Число разрядов результата и суммарной погрешности должно быть одинаковым. Поэтому среднее арифметическое погрешности должно быть одинаковым. Поэтому среднее арифметическое вычисляется вначале на один разряд больше, чем измерение, а при записи результата его значение уточняется до числа разрядов суммарной ошибки. [17]

Выводы

Анализ применяемых методов для непосредственного исследования прибора позволяет сделать следующие выводы:

Поверка дифманометра зависит от его типа и устройства;

Поверка показаний дифманометра производится их сравнением с показаниями образцового прибора. Образцовый прибор, применяемый при поверке, выбирается в зависимости от верхнего предела измерений поверяемого дифманометра.;

Класс точности - основная метрологическая характеристика прибора, определяющая допустимые значения основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения;

Методы Стьюдента и Гаусса являются основными для определения и расчета погрешностей измерения, которые в свою очередь неизбежны.

В следующие главе будет рассмотрен пример поверки дифманометра конкретной марки, а именно ДМ-3583М. Будет проведен анализ многократных измерений давления с помощью дифманометра.

3. Проведение многократных измерений и поверки дифманометра ДМ-3583М

Проведение поверки дифманометра ДМ-3583М по ГОСТ 8.243-77.

Поверка ДМ-3583М проводится по ГОСТ 8.243-77 "ГСИ. Преобразователи измерительные разности давлений ГСП с унифицированными выходными параметрами взаимной индуктивности. Методы и средства поверки". Схема поверки достаточно сложна и представляет собой следующее (рис.3.2.):

Рисунок 3.2 Схема для поверки дифманометров ДМ-3583М:

1 - насос (компрессор) создающий давление;

2 - контрольный прибор;

3 - прибор который поверяем;

4 - объект комплексной и взаимной индуктивности Р-5017 или Р-5017/1;

5 - трансформатор ЛАГР-1;

6 - трансформатор разделительный И-57;

7 - миллиамперметр;

8 - вибрационный гальванометр М-501 или нульиндикатор Ф5046;

Подготовка к поверке и её условия проведения

1 - Все дифманометры должны быть установлены в рабочем состоянии;

2 - Время выдержки - не менее 6 часов;

3 - Температура окружающей среды:

+20 ± 2°С (класс точности 1,0);

+20 ± 5°С (класс точности 1,5);

4 - относительная влажность 30-80 %;

5 - вариация давления должна быть с широком диапазоне и плавной;

6 - вибрация и удары, воздействующие на работу дифманометра, должны быть в пределах допустимых значений;

7 - время выдержки - не менее 1 ч 20 мин (при таких условиях: подключенное);

8 - ток на первичной обмотке (ДМ-3583М) должен составлять 0,125 А;

9 - частота переменного тока должна составлять 50 Гц;

10 - должны отсутствовать сильные электрические и магнитные поля в зоне работы дифманометра; [22]

Проведение поверки:

1. Проведение внешнего осмотра и выявление внешних отклонений или их отсутствия (трещины, вмятины и т.д.)

2. Изначально нужно проверить дифманометр и систему на герметичность;

подается давление равное верхнему пределу измерения и засекается время - если в течении 5 минут падения давления в системе не наблюдается, значит все герметично;

3-4. С отклонением выходного сигнала, нужно установить нуль, равным половине допускаемой и основной погрешности при отсутствии перепада давления для дифманометров ДМ-3583М, и при перепаде давления, равном половине предельного номинального значения для дифманометров ДМ-3583ФМ.

Разность между действительным и расчетным значениями выходного параметра не должна превышать предела допускаемой основной погрешности поверяемого дифманометра.

5. Снятие показаний дифманометра. Повторение данной процедуры несколько раз.

6. Проведение расчета погрешностей измерения.

7. Сравнений полученных показаний с показаниями образцового прибора и подведение итогов.

Обработка измерений представлена ниже, по ее результатам и определяется пригодность прибора.

Обработка результатов многократных измерений.

Обработка результатов многократных измерений, согласно ГОСТ 8.207 "ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения", заключается в нахождении результата измерения ФВ и доверительного интервала, в котором находится ее истинное значение.

Исходной информацией для обработки является ряд из n (n > 4) результатов единичных измерений x₁, x₂ …,x_n, из которых исключены известные систематические погрешности. Число измерений зависит от требований к точности получаемого результата и от реальной возможности выполнения повторных измерений.

Последовательность обработки результатов многократных измерений включает в себя следующие основные этапы:

1) Исключение из результатов измерений известных систематических погрешностей;

2) Вычисление среднего арифметического значения измеряемой величины из n единичных результатов по формуле:

(1)

3) Вычисление средней квадратической погрешности (СКО) единичных измерений в ряду измерений по формуле:

(2)

4) Исключение промахов (грубых погрешностей измерений);

5) Вычисление средней квадратической погрешности результата измерений среднего арифметического

(3)

6) Вычисление доверительных границ случайной погрешности результата измерений по формулам (4) и (5);

7) Вычисление доверительных границ погрешности результата измерений ±?;

8) Представление результата измерений в виде QUOTE A=x±Д, P, где P - доверительная вероятность.

При заданном значении доверительной вероятности P и числе единичных измерений n определяют коэффициенты Стьюдента t_p (табл.3.2).

Таблица 3.2 - Значения коэффициента Стьюдента t_p (ГОСТ 8.207-76)

Доверительные границы случайной погрешности результата измерений е определяют по следующей формуле:

(4)

где (5)

Пример обработки измерений, выполненных дифманометром:

При обработке уже имеющихся результатов измерений для исключения грубых погрешностей поступаем следующим образом:

Вычисляем среднее арифметическое n результатов наблюдений по формуле (1), данные измерений представлены в таблице 3.3:

Таблица 3.3 - Результаты измерений.

=

2) Вычисляем оценку среднего квадратического отклонения S результата измерений (2):

S =

Определяем наличие (отсутствие) предполагаемого промаха х_п от . Применяем критерий Романовского при n = 10. (табл.3.3)

Таблица 3.4 - Критерии Романовского по ГОСТ 8.207-76

При этом вычисляют отношение

При n=10 получаем z_т =2,414 соответственно z при этом вычисляем как

Z == 1,34

Поскольку z = 1,34 < 2,414, то, следовательно, значение во второй выборке 25,8 не является промахом.

Так как промахи измерений отсутствуют, то за результат измерения принимают среднее арифметическое результатов наблюдений.

При симметричной доверительной погрешности результаты представляют в форме X_ср. ± ДX, Р (Р - доверительная вероятность). Числовое значение результата измерения должно оканчиваться цифрой 1-го же разряда, что и значение погрешности.

Представляем результат измерения в виде X = ± (Дx) _У, Р