Принципы работы и поверка электродинамических и электромагнитных средств измерений

В метрологической практике имеются сигнализирующие средства (индикаторы), которые не относятся к СИ и не поверяются. Право перевода СИ в разряд индикаторов предоставлено метрологическим службам субъектов хозяйствования. Согласно НД на лицевой стороне таких средств должно быть нанесено обозначение «И».

Средства измерений, используемые в учебных целях, периодической поверке не подвергаются, и на них наносится обозначение «У», использовать такие средства для измерений запрещено.

Внеочередная поверка СИ проводится органами ГМС и МС субъектов хозяйствования при эксплуатации и хранении СИ независимо от срока периодической поверки в следующих случаях:

· при необходимости подтверждения годности СИ к применению;

· при вводе СИ в эксплуатацию после длительного хранения;

· при корректировке межповерочных интервалов;

· при контроле результатов периодической поверки;

· при повреждении поверительного клейма, пломбы или утере документа, подтверждающего, СИ прошло необходимую поверку;

· при применении СИ в качестве комплектующих, передаче на длительное хранение или отправке потребителю по истечении половины межповерочного интервала на них.

Внеочередную поверку рекомендуется проводить перед началом эксплуатации новых СИ и средств, поступивших из ремонта, со склада, после хранения и после транспортировки.

Инспекционная поверка проводится выборочно при осуществлении государственного метрологического надзора и контроля со стороны субъектов хозяйствования за состоянием и применением СИ для выявления их пригодности к применению, оценки качества поверочных работ и правильности назначения межповерочных интервалов согласно условиям эксплуатации. Результаты инспекционной поверки указываются в акте поверки состояния и применения СИ.

При неудовлетворительном состоянии СИ, поверительные клейма погашают, свидетельства аннулируют, а в паспортах или эксплуатационной документации делают запись о непригодности СИ к применению.

Экспертную поверку осуществляют при проведении метрологической экспертизы средств измерений органами государственной метрологической службы. Эту поверку проводят с целью обоснования заключения о пригодности СИ к применению по письменному требованию милиции, судебно-следственных органов и Госарбитража, а также по заявкам предприятий и организаций с указанием причины.

Если данные экспертной поверки свидетельствуют о злоупотреблениях, руководитель органа государственной метрологической службы обязан сообщить об этом в следственные органы.

Результаты экспертной поверки отражаются в заключении, которое утверждается руководителем органа государственной метрологической службы.

В основу классификации применяемых методов поверки положены следующие признаки, в соответствии с которыми средства измерения могут быть поверены:

- без использования компаратора (прибора сравнения), т.е. непосредственным сличением поверяемого средства измерений с образцовым средством измерений того же вида;

- сличением поверяемого средства измерений с образцовым средством измерений того же вида с помощью компаратора;

- прямым измерением поверяемым измерительным прибором величины, воспроизводимой образцовой мерой;

- прямым измерением образцовым измерительным прибором величины, воспроизводимой подвергаемой поверке мерой;

- косвенным измерением величины, воспроизводимой мерой или измеряемой прибором, подвергаемым поверке.

Метод непосредственного сличения двух средств измерений. Этот метод широко применяется при поверке различных средств измерений и т.д. Например, в области электрических и магнитных измерений этот метод применяют при определении метрологических характеристик измерительных приборов непосредственной оценки предназначенных для измерения тока, напряжения, частоты и т.д.; в области измерения механических величин, в частности, давления. Основой метода служит одновременное измерение одного и того же значения физических величин X аналогичным по роду измеряемой величины поверяемым и образцовым приборами. При поверке данным методом устанавливают требуемое значение X, затем сравнивают показания поверяемого прибора X с показаниями X₀ образцового и определяют разность ? = X - X₀. Разность равна абсолютной погрешности поверяемого прибора, которую приводят к нормированному значению X_n для получения приведенной погрешности г.

Этот метод может реализовываться двумя способами:

- регистрацией смещений. При этом показание индикатора поверяемого прибора путем изменения входного сигнала устанавливают равным поверяемому значению, а погрешность определяют как разность между показанием поверяемого прибора и действительным значением, определяемым по показаниям образцового прибора.

- отсчётом погрешности по показанию индикатора поверяемого прибора. При этом номинальное значение размера физической величины устанавливают по образцовому прибору, а погрешность определяют как разность между номинальным значением и показанием поверяемого прибора.

Первый способ удобен тем, что дает возможность точно определить погрешность по образцовому прибору, имеющему, как правило, более высокую разрешающую способность.

Второй способ удобен при автоматической поверке, так как позволяет поверять одновременно несколько приборов с помощью одного образцового средства измерения. Недостатки этого способа: нелинейность и недостаточная разрешающая способность поверяемых приборов. Достоинства метода непосредственных сличений: простота, отсутствие необходимости применения сложного оборудования и др.

Метод сличения поверяемого средства измерений с образцовым средством измерений того же вида с помощью компаратора (прибора сравнения) заключается в том, что в ряде случаев невозможно сравнить показания двух приборов, например, вольтметров, если один из них пригоден для измерений только в цепях постоянного тока, а другой - переменного; нельзя непосредственно сравнить размеры мер магнитных и электрических величин. Измерение этих величин выполняют введением в схему поверки некоторого промежуточного звена - компаратора, позволяющего косвенно сравнивать две однородные или разнородные физические величины. Компаратором может быть любое средство измерения, одинаково реагирующее на сигнал образцового и поверяемого средств измерений.

При сличении мер сопротивления, индуктивности, емкости в качестве компараторов используют мосты постоянного или переменного тока, а при сличении мер сопротивления и ЭДС-потенциометры.

Сличение мер с помощью компараторов осуществляют методами противопоставления и замещения. Общим для этих методов поверки средств измерений является выработка сигнала о наличии разности размеров сравниваемых величин. Если этот сигнал подбором, например, образцовой меры или принудительным изменением ее размера будет сведен к нулю, то это нулевой метод. Если же на входе компаратора при одновременном воздействии размеров сличаемых мер измерительный сигнал указывает на наличие разности сравниваемых размеров, то это дифференциальный метод.

Применение в ходе поверки метода противопоставления позволяет уменьшить воздействие на результаты поверки влияющих величин ввиду того, что они практически одинаково искажают сигналы, подаваемые на вход компаратора.

Достоинства метода замещения заключаются в последовательном во времени сравнении двух величин. То, что эти величины включаются последовательно в одну и ту же часть компаратора, повышает точность измерений по сравнению с другими разновидностями метода сравнения, где несимметрия цепей, в которые включаются сравниваемые величины, приводит к возникновению систематической погрешности. Недостаток нулевого метода замещения - необходимость иметь средство измерений, позволяющее воспроизводить любое значение известной величины без существенного понижения точности. Особенностью дифференциального метода при проведении измерений и, в частности, поверки является возможность получения достоверных результатов сличения двух средств измерений даже при применении сравнительно грубых средств для измерения разности. Вместе с тем реализация этого метода требует наличия высокоточной образцовой меры с номинальным значением, близким к номинальному значению сличаемой меры.

Метод прямого измерения. Этот метод предъявляет к мерам, используемым в качестве образцовых средств измерений, ряд специфических требований. Наиболее характерными из них являются: возможность воспроизведения мерой той физической величины, в единицах которой градуировано поверяемое средство измерений, достаточный для перекрытия всего диапазона измерений поверяемого средства измерений диапазон физических величин, воспроизводимых мерой; соответствие точности меры, а в ряде случаев ее типа и плавности изменения размера требованиям, оговариваемым в НТД на методы и средства поверки средств измерений данного вида.

Операции и средства поверки

При проведении поверки должны быть выполнены операции и применены средства указанные в таблице из ГОСТ 8.409-81. Для контроля нормальных условий следует применять термометры с ценой деления не более 0,2 ?С, диапазон измерения не менее 15-25 ?С; психрометр для измерения влажности в диапазоне 45-80% с погрешностью не более 5%. Погрешность образцовых мер должна быть не более 0,2 предела допускаемой основной погрешности поверяемого прибора. Все средства измерений должны иметь действующие документы об их поверке или аттестации. Допускается использовать в качестве средств образцовые меры сопротивления 3-го разряда, аттестованные по более точным образцовым средствам 3-го разряда. Допускается применять другие средства проверки, удовлетворяющие по точности требованиям настоящего стандарта.

Условия поверки и подготовка к ней

При проведении поверки должны быть соблюдены следующие условия:

Температура воздуха (20±5) ?С при поверке омметров классов точности 1-4 и (20±2) ?С - при проверке более точных омметров; относительная влажность воздуха 45-80%.Омметры, имеющие отдельные индивидуальные вспомогательные части, следует поверять в комплексе с ними. Если нормальные условия, при которых нормирована основная погрешность образцового средства измерений, отличаются от указанных, то для него должны быть созданы требуемые нормальные условия.

Требования безопасности

При проведении поверки следует руководствоваться «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей». Конструкция средств поверки должна соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.007.0-75, ГОСТ 12.2.007.3-75 и ГОСТ 22261-76.

Проведение поверки содержит:

а) Внешний осмотр:

при проведении внешнего осмотра омметра должно быть установлено: соответствие комплектности, отчетливая видимость всех надписей, предусмотренных нормативно-технической документацией на омметр конкретного типа; отсутствие следующих неисправностей и дефектов: неудовлетворительное крепление деталей электрических соединений и конкретных зажимов; непрочное крепление стекла, трещины, царапины, загрязнения и другие изъяны, мешающие отсчитыванию показаний; коробление или загрязненность шкалы; следы обугливания или повреждения изоляции внешних токоведущих частей омметра; грубые механические повреждения наружных частей омметра, отсутствие ручек регулировки;

б) Проверка электрической прочности изоляции;

в) Определение сопротивления изоляции: сопротивление определяют по методике раздела 4 ГОСТ 23706-79;

г) Опробование;

д) Определение напряжения на зажимах;

е) Определение влияния наклона: влияние наклона на показания омметра определяют на любом диапазоне. Указатель омметра при помощи магазина сопротивления устанавливают на отметку шкалы, близкую к её геометрической середине. Отклоняют омметр от указанного на нем нормального положения последовательно в четырех направлениях, но смещение указателя не должно превышать предела основной допускаемой погрешности;

ж) Определение времени успокоения подвижной части: время успокоения следует определять по методике раздела 5 ГОСТ 23706-79. Время успокоения не должно превышать указанного в разделе 1 ГОСТ 23706-79;

з) Определение основной погрешности;

и) Определение вариации показаний;

к) Оформление результатов поверки.

4.2 Поверка амперметров, вольтметров, ваттметров, варметров

При проведении поверки выполняют операции и применяют средства поверки, указанные в таблице 1.

Таблица 1 - Операции и средства поверки

Примечание:

1. Допускается применять другие средства поверки, удовлетворяющие по точности требованиям настоящего стандарта.

2. Электрическую прочность и сопротивление изоляции определяют только при выпуске приборов из производства и после ремонта.

3. Соотношение пределов допускаемой абсолютной основной погрешности образцовых средств измерений и поверяемых амперметров и вольтметров для каждой проверяемой отметки шкалы должно быть не более 1:5 при поверке приборов всех классов точности. Допускается соотношение не более 1:3 при поверке амперметров и вольтметров классов точности 0,05-0,5 и не более 1:4 - классов точности 1,0-5,0, при этом вариация показаний прибора, аттестованного в качестве образцового, не должна превышать половины абсолютного значения предела его допускаемой основной погрешности.

Соотношение пределов абсолютной основной погрешности образцовых средств измерений и поверяемых ваттметров и варметров должно быть не более 1:3 для каждой проверяемой отметки шкалы при поверке приборов классов точности 0,05-0,5 и не более 1:4 - при поверке приборов классов точности 1,0-5,0, при этом вариация показаний прибора, аттестованного в качестве образцового, не должна превышать половины абсолютного значения предела его допускаемой основной погрешности. Допускается указанные соотношения принимать равными 1:2,5, но при этом необходимо вводить поправки к показаниям образцового средства измерений с тем, чтобы выполнить требования, указанные выше.

4. Диапазоны частот и измерений образцовых средств измерений должны включать соответствующие диапазоны поверяемого прибора.

При проведении поверки должны быть соблюдены следующие условия:

температура окружающего воздуха:

(202)°С - для классов точности 0,05-0,5;

(205)°С - для классов точности 1,0-5,0;

относительная влажность воздуха 30-80%;

атмосферное давление 84-106 кПа.

Нормальные значения остальных влияющих величин и допускаемых отклонений - по ГОСТ 8711 и ГОСТ 8476.

Показания приборов отсчитывают в направлении, перпендикулярном к шкале.

Приборы, отградуированные с калиброванными проводами, поверяют совместно с этими проводами. Приборы, отградуированные с соединительными проводами определенного сопротивления, поверяют совместно с эквивалентным сопротивлением, равным сопротивлению этих проводов.

Трехфазные приборы поверяют при симметричном напряжении и равномерной нагрузке фаз по ГОСТ 8476.

Проведение поверки:

а) Внешний осмотр:

при внешнем осмотре прибора должно быть установлено:

отсутствие внешних повреждений и повреждений покрытия шкалы;

четкость всех надписей по ГОСТ 8711 и ГОСТ 8476;

укомплектованность прибора запасными частями, принадлежностями, необходимыми для проведения поверки.

б) Опробование:

при опробовании должно быть установлено надежное закрепление зажимов приборов, плавный ход и четкая фиксация переключателей.

в) Проверка электрической прочности и сопротивления изоляции:

Электрическую прочность и сопротивление изоляции проверяют по ГОСТ 8711 для амперметров и вольтметров и по ГОСТ 8476 - для ваттметров и варметров при помощи установки, технические характеристики которой приведены в справочном приложении 2.

Электрическое сопротивление изоляции не должно быть меньше значения, установленного в ГОСТ 8711 для амперметров и вольтметров и в ГОСТ 8476 - для ваттметров и варметров.

г) Определение основной погрешности, вариации показаний и остаточного отклонения указателя приборов от нулевой отметки

Основную погрешность и вариацию показаний однодиапазонных приборов классов точности 0,05; 0,1 и 0,2 определяют на каждой числовой отметке шкалы.

Примечание. Для приборов класса точности 0,5 и менее точных, а также для приборов с равномерной шкалой, у которых числовых отметок более 10, допускается определять основную погрешность и вариацию показаний лишь на пяти отметках шкалы, равномерно распределенных по диапазону измерений.

Основную погрешность приборов в процентах от нормирующего значения вычисляют по формуле

, (13)

где А_изм - значение измеряемой величины, определяемое по показаниям поверяемого прибора;

А_д - действительное значение измеряемой величины, определяемое по показаниям образцового средства измерений;

А_н - нормирующее значение.

Основная погрешность поверяемого прибора не должна превышать предела допускаемой основной погрешности по ГОСТ 8476 и ГОСТ 8711.

Вариацию показаний прибора на проверяемой отметке шкалы определяют как абсолютное значение разности действительных значений измеряемой величины при одном и том же показании прибора, полученном при плавном подводе указателя сначала со стороны меньших, а затем со стороны больших значений при неизменной полярности тока.

Для приборов, поверяемых при двух направлениях тока, за вариацию в каждой точке шкалы принимают наибольшее из полученных значений. Вариацию определяют по результатам измерений, полученным при определении основной погрешности.

Вариация показаний рабочих приборов не должна превышать значений, установленных в ГОСТ 8711 и ГОСТ 8476. Вариация показаний приборов, аттестованных в качестве образцовых, не должна превышать половины значений предела допускаемой основной погрешности этого прибора.

Для определения остаточного отклонения указателя от нулевой отметки следует отметить положение указателя поверяемого прибора после плавного уменьшения значения измеряемой величины от конечной отметки шкалы до нуля.

Остаточное отклонение указателя прибора от нулевой отметки шкалы не должно превышать значений, указанных в ГОСТ 8711 и ГОСТ 8476.

Приборы постоянного и переменного тока классов точности 0,05 и 0,1 и приборы классов точности 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5, аттестованные в качестве образцовых, должны быть поверены при двух направлениях постоянного тока при уменьшении и увеличении показаний.

В случае необходимости определения поправок основную погрешность поверяемого прибора определяют для каждой проверяемой отметки шкалы как среднее арифметическое из четырех значений погрешности.

Ни одно из значений погрешности, полученных при четырех измерениях не должно превышать значения предела допускаемой основной погрешности поверяемого прибора.

Приборы, не указанные в п. 4.4.5, должны быть поверены при одном направлении постоянного тока. Погрешность таких приборов определяют при плавном подводе указателя к каждой проверяемой отметке шкалы со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.

Ни одно из значений погрешности, полученных при двух измерениях, не должно превышать значения предела допускаемой погрешности поверяемого прибора.

В случае необходимости определения поправок основную погрешность поверяемого прибора определяют для каждой отметки шкалы как среднее арифметическое из двух значений погрешности.

Поверка на постоянном токе

Амперметры классов точности 0,1-0,5 поверяют методом прямых измерений при помощи калибратора или косвенных измерений при помощи потенциометрической установки. Амперметры классов точности 1,0-5,0 поверяют методом непосредственного сличения при помощи образцовых амперметров и установки для поверки и градуировки электроизмерительных приборов по схемам, приведенным в ТД на образцовые средства измерений.

Вольтметры классов точности 0,1-0,5 поверяют методом прямых измерений при помощи калибратора или потенциометрической установки (вместо потенциометра может быть применен цифровой вольтметр), классов точности 1,0-5,0 - методом непосредственного сличения при помощи образцовых вольтметров и установки для поверки и градуировки электроизмерительных приборов по схемам, приведенным в ТД на образцовые средства измерений.

Ваттметры классов точности 0,1-0,5 поверяют методом косвенных измерений при помощи потенциометрической установки, ваттметры классов точности 1,0-5,0 - методом непосредственного сличения с образцовыми ваттметрами по схемам, приведенным в ТД на образцовые средства измерений.

Заключение

Метрология в самом широком понимании представляет собой науку об измерениях, о методах и средствах, обеспечении их единства, о способах достижения требуемой точности. С развитием науки и технологий постоянно создаются новые, все более точные средства измерений (СИ), включая эталоны, совершенствуются методы измерений и передачи единиц физических величин рабочим СИ, а также методы выявления и оценки погрешностей СИ. По метрологическому назначению средства измерений делят на два вида - рабочие средства измерений и эталоны. Рабочие СИ применяют для определения параметров (характеристик) технических устройств, технологических процессов, окружающей среды и др.

Отличительной особенностью средств измерения является то, что они обладают метрологическими характеристиками, приобретенными в процессе изготовления, и содержат информацию о единице измеряемой физической величины. Исследование метрологических характеристик СИ необходимо для оценки пригодности СИ к измерениям в известном диапазоне с известной точностью, а также для обеспечения возможности установления точности измерений, достижения взаимозаменяемости СИ, сравнения их между собой и выбора нужных СИ по точности и другим характеристикам. В ходе эксплуатации метрологические свойства изменяются, и в некоторых случаях может наступить метрологический отказ. Для предотвращения метрологических отказов и обеспечения единообразия средств измерений проводят поверку СИ. Государственная (ведомственная) поверка СИ, устанавливающая метрологическую исправность, является формой надзора за средствами измерений.

В данной курсовой работе я изучила принципы работы электромагнитных измерительных приборов и методы их поверки на примере омметров, амперметров, вольтметров, ваттметров, варметров. Была разработана лабораторная работа по поверке магазина сопротивлений МСР-63.

Этот материал может быть использован для преподавания основ метрологии студентам физического факультета специализации «метрология».

Основным результатом курсовой работы стало также подробное рассмотрение различных видов средств измерений и способов их нормирования.

Список использованных источников

Тартаковский Д.Ф. Метрология, стандартизация и технические измерения [Текст]: учеб. для вузов / Д.Ф. Тартаковский, А.С. Ястребов. - М.: Высшая школа, 2001. - 205 с.

2 Гончаров А.А. Метрология, стандартизация и сертификация [Текст]: /

А.А. Гончаров, В.Д. Копылов. - М.: Академия, 2004.-240 с.

3 Земельман М.А. Метрологические основы технических измерений [Текст]

М.А. Земельман. - издательство стандартов, 1991.-227 с.

4 Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии

[Текст]: учеб. для вузов /Г.Д. Крылова. - М.: ЮНИТИ, 2001.-711 с.

5 Сергеев А.Г. Метрология [Текст]: учеб. для вузов /А.Г. Сергеев. - М.:

Логос, 2005.-270 с.

6 ГОСТ 8.009-84. Нормирование и использование метрологических

характеристик средств измерений. - Введ. 01.01.86. - Мн.: Бел ГИСС, 1986.-42 с.

7 ГОСТ 8.409-81. Омметры. Методы и средства поверки. - Введ. 01.01.82.

8 ГОСТ 8.497-83 Амперметры, вольтметры, ваттметры, варметры. Методы и средства поверки. - Введ. 01.01.85.

Размещено на Allbest.ru