Лабораторные / Метрология 6.1

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Институт химии и энергетики

Кафедра «Электроснабжение и электротехника»

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

«Основы электромеханики»

«Метрология»

Отчет по лабораторной работе № 6.1

«Метрологическая калибровка средств измерений»

Группа: ЭЭТб-1901а

Студент: Назаров М.О.

Преподаватель: Федяй О.В.

Тольятти 2021

Содержание

Цель работы 3

Краткие теоретические сведения 3

Схема лабораторной установки 8

Расчетные формулы 9

Результаты измерений и вычислений 10

Вывод 11

Цель работы

Изучить методы обеспечения единства измерений. Изучить способы нормирования и формы представления метрологических характеристик средств измерения. Приобрести навыки метрологической калибровки средств измерений.

Краткие теоретические сведения

Государственная система обеспечения единства измерений (ГСП) – это система обеспечения единства измерений в стране, реализуемая, управляемая и контролируемая федеральным органом исполнительной власти по метрологии - агентством Ростехрегулирование.

Единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Деятельность по обеспечению единства измерений (ОЕИ) направлена на охрану прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики путем защиты от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений во всех сферах жизни общества на основе конституционных норм, законов, постановлений Правительства РФ и нормативных документов.

Согласно статье 13 Закона об обеспечении единства измерений в некоторых сферах деятельности осуществляется Государственный метрологический контроль и надзор (ГМКиН) государственными метрологическими службами с целью проверки соблюдения правил законодательной метрологии.

Под метрологической аттестацией понимают исследование средства измерений, выполняемое метрологическим органом с целью определения его метрологических свойств и выдачи соответствующего документа с указанием полученных данных.

По результатам метрологической аттестации средству измерений приписываются определенные метрологические характеристики, определяется возможность применения его в качестве образцового или рабочего средства измерений.

Поверка средства измерения - совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений, подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору.

Калибровка средства измерения - совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности к применению средства измерений, не подлежащего государственному метрологическому контролю и надзору, или приведение метрологических характеристик в соответствие с указанными в технической документации путем регулировки.

Из определения можно сделать два вывода:

1. калибровка проводится для тех СИ, которые не используются в сферах ГМКиН (установленных ст. 13 Закона об обеспечении единства измерений), а значит, не подлежат поверке;

2. калибровка выполняет три основные функции:

• определение и подтверждение действительных значений метрологических характеристик СИ;

• определение и подтверждение пригодности СИ к применению;

• регулировка СИ.

Поверка (калибровка) может быть первичной и вторичной. Первичная поверка проводится при выпуске из производства или ремонта и при ввозе по импорту СИ, вторичная - в процессе эксплуатации. Среди вторичных различают периодические, внеочередные и инспекционные поверки.

Периодической поверке подлежат СИ, находящиеся в эксплуатации или на хранении. Результаты периодической поверки действительны в течение межповерочного интервала. Межповерочный интервал устанавливается при утверждении типа.

Внеочередную поверку производят при эксплуатации (хранении) СИ в следующих случаях: повреждение знака поверительного клейма, а также утрата свидетельства о поверке; ввод в эксплуатацию СИ после длительного хранения (более одного межповерочного интервала); неудовлетворительная работа прибора или проведение повторной настройки после ударного воздействия на СИ.

Инспекционную поверку производят для выявления пригодности к применению СИ при осуществлении государственного метрологического надзора с целью оценки качества работы государственных поверителей.

Под метрологическими характеристиками СИ понимают характеристики, оказывающие влияние на результат измерений физических величин. Номенклатура нормируемых метрологических характеристик СИ устанавливается ГОСТ 8.009-84, который распространяется на нормативно-техническую документацию, регламентирующую метрологические характеристики СИ. Требования к нормированию погрешностей конкретных приборов устанавливаются на определенные виды средств измерения.

Для приборов нормируются: наименьшая цена деления неравномерной шкалы прибора; погрешности (систематическая Δs и случайная Δr составляющие, суммарная Δ); вариация показаний В; динамические характеристики; наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик, вызванные изменениями внешних влияющих величин и неинформационных параметров входного сигнала, и другие.

Наиболее важными метрологическими характеристиками прибора являются погрешности, возникающие из-за несовпадения действительных свойств прибора с номинальными. Различают основную и дополнительные погрешности. Основная погрешность возникает при нормальных условиях использования прибора, а дополнительные - при отклонении условий использования за пределы нормальных. Пределы допускаемых значений основной и дополнительных погрешностей приборов устанавливаются в виде абсолютных и приведенных значений.

Абсолютная погрешность Δ прибора есть разность между показанием Хп прибора и истинным значением Хи измеряемой величины:

Δ≈Хп-Хи

Так как истинное значение неизвестно, то вместо него используют действительное значение Хд, за которое принимают при поверке показания Хо образцового прибора:

Δ≈Хд-Хо

При поверке стрелочных приборов отдельно оцениваются основная и дополнительные погрешности. Для каждой числовой отметки шкалы прибора определяют два значения, абсолютной погрешности: Δм - при увеличении и Δб - при уменьшении показаний прибора. Характер распределения Δ по диапазону измерения зависят от конкретного вида прибора.

Относительная погрешность прибора определяется по формуле

где Хо - показания образцового прибора.

Относительная погрешность прибора распределена по диапазону измерения неравномерно. Например, у щитовых стрелочных приборов она велика в начале шкалы и минимальна в конце, поэтому при их использовании необходимо, чтобы стрелка прибора при снятии показаний находилась как можно ближе к конечной числовой отметке шкалы.

Для сравнения точности приборов, имеющих разные пределы измерения, введено понятие приведенной погрешности прибора у, определяемой по формуле:

где Хн - нормирующее значение.

В качестве нормирующего значения принимается значение, характерное для данного вида измерительного прибора. Это может быть, например, диапазон измерений, верхний предел измерений, длина шкалы и т.д.

Класс точности - обобщенная метрологическая характеристика прибора, определяющая точность, которая отражает предел допускаемых значений основной и дополнительных погрешностей, а также все другие свойства, влияющие на точность прибора. Например, для стрелочных амперметров и вольтметров ГОСТ 8711-93 устанавливает 11 классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 5,0.

Важными метрологическими характеристиками стрелочных приборов является также вариации показаний и невозвращение стрелки к нулевой отметке на шкале.

Вследствие трения в подпятнике, гистерезисных явлений в пружинах, создающих противодействующий момент, и явления гистерезиса при перемагничивании магнитопроводов приборов отдельные повторные показания приборов при подходе стрелки снизу или сверху к определенной отметке на шкале будут отличаться, т.е. будет наблюдаться вариация показаний прибора. Вариация В определяется как абсолютная разность между показаниями образцового прибора, соответствующими одной и той же числовой отметке шкалы поверяемого прибора, полученными при возрастании Xo1 и убывании Xo2 измеряемой величины:

В=|Х_О1-Х_О2|

Вариация показаний определяется для каждой числовой отметки шкалы. Ни одно из полученных значений не должно превышать предела допустимого значения.

Физические явления, обусловливавшие невозвращение стрелки прибора к нулевой отметке на шкале, в основном те же, что и при возникновении вариации показаний.

Для приборов класса точности 0,5, с подвижной частью на растяжках, с углом шкалы не более 120°, миниатюрных и малогабаритных, а также устойчивых к механическим воздействиям предел допустимого значения невозвращения указателя определяется по формуле

где ун - предел допустимого значения невозвращения стрелки, мм; к - число, обозначающее класс точности прибора; L - длина шкалы, мм.

Для остальных приборов ун не должно превышать половины рассчитанного по формуле значения.

Схема лабораторной установки

Лабораторный стенд представлен на рисунке 1, состоит из источника питания 1, калибруемого вольтметра 2 и образцового вольтметра 3.

Тумблер 4 источника питания 1 подает питание на лабораторный стенд, индикатор 5 сигнализирует о включении стенда, ручки 6 и 7 позволяют регулировать измеряемое напряжение грубо и плавно соответственно. Измеряемое напряжение снимается с клемм 8 источника питания. Предохранитель 9 осуществляет защиту источника питания.

2

Рисунок 1 - Лабораторный стенд

На рисунке 2 представлен образцовый вольтметр, имеющий индикатор уровня положения.

Показания образцового вольтметра 60,2 В.

Рисунок 2 - Образцовый вольтметр

Расчетные формулы:

Абсолютная погрешность прибора:

где X_п – показание прибора, X₀ – показание образцового прибора.

Относительная погрешность прибора:

где X₀ – показание образцового прибора.

Приведенная погрешность прибора:

где X_н - нормирующее значение, равное пределу измерений вольтметра.

Вариация:

где X₀₁ – показание образцового прибора при возрастании измеряемой величины, X₀₂ – показание образцового прибора при убывании измеряемой величины.

Максимально допустимая погрешность вольтметра:

где U_п – предел измерений вольтметра, K – класс точности вольтметра.

Результаты измерений и вычислений:

Класс точности калибруемого вольтметра: K=1.0

Таблица 1 – Метрологическая калибровка вольтметра

Показания калибруемого вольтметра, В	Показания образцового вольтметра, В		Абсолютная погрешность, В		Вариация показаний, В	Относительная погрешность, %		Приведенная погрешность, %
	увел. напр.	умен. напр.	увел. напр.	умен. напр.		увел. напр.	умен. напр.		увел. напр.	умен. напр..
0	0,4	0	-0,4	0	0,4	±100	0		±0,27	0
10	9,6	10	0,4	0	0,4	±4,17	0		±0,27	0
20	19,6	19,4	0,4	0,6	0,2	±2,04	±3,09		±0,27	±0,4
30	29,4	29,2	0,6	0,8	0,2	±2,04	±2,74		±0,4	±0,53
40	39,6	39,8	0,4	0,2	0,2	±1,01	±0,5		±0,27	±0,13
50	49,4	49,4	0,6	0,6	0	±1,21	±1,21		±0,4	±0,4
60	60	59,8	0	0,2	0,2	0	±0,33		0	±0,13
70	69,2	69	0,8	1	0,2	±1,16	±1,45		±0,53	±0,67
80	79,6	79,8	0,4	0,2	0,2	±0,5	±0,25		±0,27	±0,13
90	89,4	89	0,6	1	0,4	±0,67	±1,12		±0,4	±0,67
100	99,4	99,2	0,6	0,8	0,2	±0,6	±0,81		±0,4	±0,53
110	109,2	109	0,8	1	0,2	±0,73	±0,92		±0,53	±0,67
120	119,2	119,4	0,8	0,6	0,2	±0,67	±0,5		±0,53	±0,4
130	129	129	1	1	0	±0,78	±0,78		±0,67	±0,67
140	139,8	139,6	0,2	0,4	0,2	±0,14	±0,29		±0,13	±0,27
150	149	149	1	1	0	±0,67	±0,67		±0,67	±0,67

Вывод:

Исходя из результатов вычислений, можно сделать вывод, что реальные значения погрешности не превышают максимально допустимого значения. Таким образом, исследуемый вольтметр пригоден для выполнения измерений.

Благодаря данной лабораторной работе я изучил методы обеспечения единства измерений, способы нормирования и формы представления метрологических характеристик средств измерения, приобрел навыки метрологической калибровки средств измерений.