DEGTYREV

Средства измерений

Лабораторная установка МЛИ-3 "Формирование и измерение электрических величин" (далее -

установка) предназначена для:

∙формирования электрических величин (сопротивления, напряжения, силы тока) и их измерения методом непосредственной оценки с помощью рабочих средств измерений;

∙исключения экспериментальным путем постоянной систематической составляющей погрешности и получения исправленного результата измерения;

∙уменьшения случайной составляющей погрешности путем многократного наблюдения измеряемой величины.

Работа на установке позволяет:

∙приобрести навыки измерения наиболее распространенных электрических величин - сопротивления, напряжения, силы тока (схемы 1, 2 и 3);

∙получить навыки точного измерения сопротивления методами замещения и противопоставления (схемы 4 и 5).

Установка представляет собой настольную конструкцию, передняя панель (рис.3) которой содержит электрические схемы с элементами, характеристики которых измеряются, органы коммутации элементов схем, средства индикации режимов работы. На панели находится также встроенный промышленный мультиметр типа М-832.

Рис.3. Передняя панель лабораторной установки МЛИ-3

Числами здесь указаны следующие элементы:

1 - переключатель Rn измеряемых сопротивлений; 2 - индикатор подключения точек измерения А - Б; 3 - индикатор включения схемы 1;

4 - переключатель Un измеряемых напряжений;

5 - индикатор подключения точек измерения В - Г;

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

6 - индикатор включения схемы 2;

7 - переключатель In измеряемых токов;

8 - индикатор подключения точек измерения Д - Е; 9 - индикатор включения схемы 3;

10 - переключатель Rx измеряемых неизвестных сопротивлений; 11 - переключатель контактов S в схемах 4 и 5;

12 - индикатор подключения точек измерения Ж - З; 13 - индикатор подключения точек измерения И - К; 14 - индикатор подключения точек измерения Л - М;

15 - резистор R1 балансировки измерительного моста (схема 4); 16 - резистор R3 балансировки измерительного моста (схема 4); 17 - индикатор включения схемы 4;

18 - резистор R3 балансировки измерительного моста (схема 5); 19 - индикатор подключения точек измерения Н - О; 20 - индикатор подключения точек измерения П - Р; 21 - индикатор включения схемы 5; 22 - переключатель точек измерения мультиметром;

23 - переключатель выбора номера схемы;

24 - проводные перемычки;

25 - мультиметр.

С помощью мультиметра М-832 могут быть, в частности, измерены:

∙сопротивление (пределы измерений по шкале - 200 Ом, 2 кОм, 20 кОм, 200 кОм и 2 МОм);

∙напряжение (пределы измерений по шкале - 200 мВ, 2 В, 20 В, 200 В и 1 кВ);

∙ток (пределы измерений по шкале - 2 мА, 20 мА, 200 мА и 10 А).

При реализации в установке метода замещения (схема 4) сначала в мостовую схему включается искомое сопротивление Rx. Мост уравновешивается путем изменения сопротивления резистора балансировки R3 (рис.4,а). Затем в плечо моста вместо сопротивления Rx включается резистор балансировки R1, и мост вновь уравновешивается (рис.4,б). Сравнивая соотношения между сопротивлениями в обеих уравновешенных схемах (Rx /R2 = R3 /R4 и R1 /R2 = R3 /R4), получают очевидное равенство Rx = R1, которое показывает, что искомое сопротивление Rx не зависит от неизвестных сопротивлений R2 и R4.

Рис.4. Реализация метода замещения в установке МЛИ-3:

а - схема для первого наблюдения; б - схема для второго наблюдения

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

4

5

6

7

8

9

Форма табл.4

Результаты измерений и контроля по схеме 5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2.Произвести измерения по схеме 4.

3.Произвести измерения по схеме 5.

4.Произвести вычисления для получения результатов измерений по схемам 4 и 5.

5.Определить по рядам МЭК номинальные значения и предельные отклонения искомых сопротивлений (см. табл.1 и 2). Вычислить относительные отклонения (в %) результатов измерений от номинальных значений. Сделать заключение о годности.

Порядок выполнения работы

А. Для проведения измерений методом замещения (схема 4) необходимо:

1.Установить переключатель 23 выбора схемы в положение "4".

2.Установить переключатель 10 измеряемых сопротивлений Rx в положение "1".

3.Установить переключатель 11 контактов в положение "→".

4.Установить переключатель пределов измерения мультиметра в положение "20 В".

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

5.Установить переключатель 22 точек измерения мультиметром в положение "И - К".

6.Вращая ручку 16 резистора R3, установить по дисплею мультиметра значение напряжения, равное

нулю.

7.Установить переключатель 11 контактов в положение "←".

8.Вращая ручку 15 резистора R1, вновь установить по дисплею мультиметра значение напряжения, равное нулю.

9.Установить переключатель 22 точек измерения мультиметром в положение "Ж - З".

10.Установить переключатель пределов измерения мультиметра в положение "20 k".

11.Установить переключатель 11 контактов в положение "0".

12.Определить по дисплею мультиметра значение сопротивления R1 и занести его в форму табл.3.

13.Измерение каждого сопротивления R1 произвести трижды, повторив операции по пп. 2…12.

Для определения двух других значений сопротивления Rx установить переключатель 10 последовательно в положения "2" и "3" (п. 2) и повторить операции по пп. 3…13.

В. Для проведения измерений методом противопоставления (схема 5) необходимо:

1.Установить переключатель 23 выбора схемы в положение "5".

2.Установить переключатель 10 измеряемых сопротивлений Rx в положение "1".

3.Установить переключатель 11 контактов в положение "→".

4.Установить переключатель пределов измерения мультиметра в положение "20 В".

5.Установить переключатель 22 точек измерения мультиметром в положение "П - Р".

6.Вращая ручку 18 резистора R3, установить по дисплею мультиметра значение напряжения, равное

нулю.

7.Установить переключатель 22 точек измерения мультиметром в положение "Н - О".

8.Установить переключатель пределов измерения мультиметра в положение "20 k".

9.Установить переключатель 11 контактов в положение "0".

10.Определить по дисплею мультиметра значение сопротивления R3′ и занести его в форму табл.4.

11.Установить переключатель 11 контактов в положение "←".

12.Установить переключатель пределов измерения мультиметра в положение "20 В".

13.Установить переключатель 22 точек измерения мультиметром в положение "П - Р".

14.Вращая ручку 18 резистора R3, установить по дисплею мультиметра значение напряжения, равное

нулю.

15.Установить переключатель 22 точек измерения мультиметром в положение "Н - О".

16.Установить переключатель пределов измерения мультиметра в положение "20 k".

17.Установить переключатель 11 контактов в положение "0".

18.Определить по дисплею мультиметра значение сопротивления R3′′ и занести его в форму табл.4.

19.Измерения каждого сопротивления R3′ и R3′′ произвести трижды, повторив операции по пп. 2…18.

Для определения двух других значений сопротивления Rx установить переключатель 10 последовательно в положения "2" и "3" (п. 2) и повторить операции по пп. 3…19.

С. Для получения исправленных результатов измерения искомых сопротивлений Rx необходимо:

1. Для каждых трех результатов наблюдений по схеме 4 (определенных по дисплею мультиметра значений сопротивления R1) рассчитать среднее арифметическое и принять его в качестве результата измерения (значения Rx). Это значение занести в форму табл.3.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

2. Для каждой из девяти пар результатов наблюдений по схеме 5 (определенных по дисплею мультиметра значений сопротивлений R3′ и R3²) рассчитать исправленное значение R3 = R3' × R3'' . Среднее арифметическое каждых трех значений для R3 принять в качестве результата измерения Rx и занести его в форму табл.4.

3.Определить номинальные значения всех шести значений сопротивления Rx, выбрав их из рядов МЭК. Конкретный ряд для каждого значения задает преподаватель. Шесть номинальных значений Rном и их предельные отклонения занести в формы табл.3 и 4.

4.Рассчитать фактические относительные отклонения результатов измерения сопротивления Rx от его номинальных значений (в %). Сделать заключение о годности для каждого из шести сопротивлений Rx. Значения фактических отклонений и заключения о годности занести в формы табл.3 и 4.

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1)название и цель работы;

2)краткие теоретические сведения;

3)чертежи схем, иллюстрирующих реализацию методов замещения и противопоставления при измерении сопротивлений;

4)таблицы результатов измерений и контроля.

Контрольные вопросы

1.Дайте определение погрешности.

2.Назовите виды погрешностей средств измерений в зависимости от формы их выражения.

3.Назовите составляющие погрешности средств измерений, различающиеся по характеру проявления при повторных наблюдениях.

4.Какие погрешности средств измерений зависят от характера изменения величины в процессе измерения?

5.Как называют погрешности средств измерений, зависящие от условий проведения измерений?

6.Назовите разновидности систематической составляющей погрешности средств измерений, отражающие ее зависимость от измеряемой величины.

7.Назовите разновидности систематической составляющей погрешности средств измерений, отражающие ее зависимость от номера наблюдения в процедуре измерения.

8.Для каких целей используется мостовая схема Уитстона?

9.Поясните на схемах сущность метода замещения.

10.Поясните на схемах сущность метода противопоставления.

11.Для каких целей применяют ряды МЭК?

12.По каким правилам построены ряды МЭК?

13.Поясните связь между номером ряда МЭК и соответствующими допускаемыми отклонениями.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Лабораторная работа № 3. Поверка средства измерений линейных размеров

Цель работы: ознакомление с сущностью поверки, видами поверки, объемом и последовательностью операций поверки штангенциркуля, применяемыми средствами поверки; приобретение навыков проведения поверки и оформления протокола поверки.

Продолжительность работы: 2 или 4 часа.

Оборудование и средства измерительной техники: измерительная линейка, лекальная линейка,

штангенциркуль, гладкий микрометр, набор плоскопараллельных концевых мер длины, термометр, барометр.

Теоретические сведения

Обеспечение единства измерений - одна из важнейших задач метрологии как науки и области практической деятельности. Единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Для обеспечения единства измерений, с одной стороны, необходимо применение узаконенных единиц величин, с другой стороны - важно, чтобы размеры единиц были одинаковыми независимо от места и времени проведения измерений. Для этого следует воспроизводить каждую единицу с максимально возможной точностью с помощью эталонов, хранить единицу в состоянии, обеспечивающем неизменность ее размера во времени, а также регулярно передавать размер единицы всем другим СИ, проградуированным в этой единице, вплоть до рабочих СИ.

Порядок передачи размеров единиц устанавливается специальными документами, которые называют поверочными схемами. Поверочная схема - утвержденный документ, устанавливающий средства, методы и погрешности передачи размера единицы величины от эталона к рабочим средствам измерений.

Поверка средства измерений - установление пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям. Поверка является необходимым условием обеспечения единства измерений, поскольку именно с ее помощью устанавливается и поддерживается связь каждого средства измерений с национальным эталоном единицы соответствующей величины (в международной метрологической практике эта связь обозначается термином "прослеживаемость") и подтверждается готовность средства измерений к выполнению измерений с нормированной точностью.

Поверка обязательна для всех средств измерений, применяемых в сферах государственного метрологического контроля и надзора. Поэтому поверка СИ является государственной функцией, реализуемой в основном силами органов государственной метрологической службы. Установлены следующие виды поверок: первичная, периодическая, внеочередная, инспекционная, экспертная.

Первичной поверке подлежат СИ утвержденных типов при выпуске их из производства или после ремонта, при ввозе по импорту партиями, а также при продаже. Первичную поверку проходит, как правило, каждый экземпляр средства измерений. Если национальным органом по метрологии - Ростехрегулированием Российской Федерации - заключены международные договоры или соглашения о признании результатов поверки, произведенных в зарубежных странах, то средства измерений, ввезенные по импорту из этих стран, не подвергаются первичной поверке в РФ.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Периодической поверке через установленные межповерочные интервалы (МПИ) подлежат средства измерений, которые находятся в эксплуатации или на хранении. МПИ может составлять от нескольких месяцев до нескольких лет. Первичный межповерочный интервал назначается, как правило, при утверждении типа средства измерений. В процессе эксплуатации МПИ может корректироваться. Межповерочный интервал непосредственно связан с метрологической надежностью средства измерений, т.е. с его способностью сохранять состояние, при котором его метрологические характеристики соответствуют установленным требованиям. Периодическую поверку по окончании МПИ должен проходить каждый экземпляр средства измерений. Исключение составляют СИ, находящиеся на длительном хранении. Место проведения периодической поверки устанавливает пользователь средства измерений, исходя из экономических факторов и возможности транспортировки поверяемых СИ и рабочих эталонов.

Необходимость внеочередной поверки может возникнуть вследствие разных причин: ухудшение метрологических свойств СИ или подозрение в этом, нарушение условий эксплуатации, повреждение поверительного клейма, утеря протокола предыдущей поверки, ввод СИ в эксплуатацию после длительного хранения и др.

Инспекционная поверка осуществляется при проведении государственного надзора за состоянием и применением СИ. Ее целью является оценка правильности установленных межповерочных интервалов, условий эксплуатации СИ, проверка действий поверителей.

Экспертную поверку проводят при возникновении спорных вопросов по метрологическим характеристикам, исправности и правильности эксплуатации СИ. Поверка в рамках метрологической экспертизы средств измерений осуществляется на основании требования (заявления) суда, прокуратуры, органа исполнительной власти.

Результаты поверки должны быть оформлены в соответствии с требованиями нормативной документации на поверку. Положительные результаты поверки оформляются выдачей свидетельства о поверке или отметкой в паспорте СИ, нанесением поверительного клейма или иными установленными способами.

Поверка штангенциркуля проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 8.113-85 "ГСИ. Штангенциркули. Методика поверки". Процедура поверки штангенциркуля включает следующие операции:

∙условия поверки и подготовка к ней - температура воздуха в помещении, где проводится поверка, должна быть в пределах (20 ± 5) °С; штангенциркуль перед поверкой должен быть размагничен, промыт бензином, насухо вытерт и выдержан на рабочем месте не менее трех часов;

∙внешний осмотр - проверяется отчетливость и правильность оцифровки штрихов основной шкалы и шкалы нониуса, отсутствие на измерительных поверхностях следов коррозии и дефектов (сколов, царапин, забоин, вмятин, трещин и др.); не допускается перекос края нониуса по отношению к штрихам основной шкалы;

∙опробование - проверяется плавность перемещения рамки вдоль штанги, отсутствие перемещения рамки под действием собственного веса, возможность зажима рамки в любом положении в пределах диапазона измерений; для штангенциркуля с микрометрической подачей рамки дополнительно проверяется возможность плавного регулирования положения рамки на штанге и мертвый ход микрометрической пары.

При периодической поверке штангенциркуля определяют следующие его технические и метрологические характеристики:

∙длину вылета губок;

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

∙отклонения от плоскостности и прямолинейности измерительных поверхностей губок и торца штанги;

∙отклонение от параллельности измерительных поверхностей губок;

∙расстояние между измерительными поверхностями губок для внутренних измерений;

∙погрешность показаний инструмента в нескольких точках, равномерно расположенных по длине основной шкалы и шкалы нониуса.

При поверке штангенциркуля, выпускаемого из ремонта, дополнительно определяют:

∙высоту микронеровностей измерительных (Ra ≤ 0,32 мкм) и вспомогательных (Ra ≤ 0,63 мкм) поверхностей, которая оценивается путем сравнения с образцами шероховатости;

∙расстояние от верхней кромки нониуса до поверхности штанги (не более 0,25 мм при цене деления инструмента 0,05 мм и не более 0,30 мм при цене деления 0,1 мм), которое измеряется при помощи щупа в трех местах по длине штанги;

∙усилие перемещения рамки (не более 15 Н для штангенциркуля с верхним пределом измерения до 250

мми не более 20 Н - до 400 мм), которое измеряется при помощи циферблатных весов.

Результаты поверки оформляются протоколом, форма которого определена стандартом. Основные технические и метрологические характеристики штангенциркуля установлены ГОСТ 166-89.

Средства измерений

Измерительная линейка является многозначной штриховой мерой и предназначена для измерения размеров 14…18 квалитетов методом непосредственной оценки. Линейки изготовляют из стальной термообработанной ленты. Поверхность измерительной линейки имеет антикоррозийное хромовое покрытие и твердость по шкале Виккерса не менее числа HV 375.

По своей конструкции линейка представляет собой полосу шириной 20…40 мм и толщиной 0,5...1,0 мм, на поверхности которой нанесены деления (рис.1). У подавляющего большинства линеек интервал шкалы составляет 1 мм, редко - 0,5 мм. Линейки изготовляют с одной или с двумя шкалами. Погрешность нанесения штрихов на металлической линейке находится в пределах ± (0,1…0,2) мм.

а

б

Рис.1. Измерительные линейки с пределами измерений 0 - 300 мм: а - с одной шкалой; б - с двумя шкалами

Погрешность отсчета с помощью измерительной линейки доходит до (0,2…0,3) мм. Поверку измерительной линейки производят по штриховому метру, на рабочей поверхности которого нанесены деления с интервалом 0,2 мм и который снабжен двумя лупами с 7-кратным увеличением.

Лекальная линейка предназначена для оценки отклонения от прямолинейности поверхностей. Материалом для изготовления лекальных линеек служат хромистые стали. Твердость линеек должна быть

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

не ниже HRC 58 (по шкале Роквелла). Лекальные линейки выпускают с разным числом рабочих граней: 1, 3 и 4 (рис.2), ребра между которыми имеют закругление радиусом 0,2 мм. Длина линеек - от 80 до 500 мм.

Рис.2. Лекальные линейки: а - типа ЛД (с двусторонним скосом); б - типа ЛТ (трехгранная); в - типа ЛЧ (четырехгранная)

Лекальные линейки изготовляют двух классов точности. Линейки класса точности 0 применяют при особо точных лекальных работах и при поверке измерительных инструментов. Линейки класса точности 1 применяют в основном для контроля деталей. Допускаемые отклонения от прямолинейности рабочих граней и размеры лекальных линеек (ГОСТ 8.026-64) приведены в табл.1.

Таблица 1

Точность и размеры лекальных линеек

Лекальную линейку поверяют по контрольному плоскому бруску, имеющему отклонение от плоскостности не более 0,06 мкм.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com