Лекции по "Метрологии, стандартизации и сертификации"

Во многих случаях  систематическую погрешность в целом можно представить как сумму двух составляющих аддитивной D_а и мультипликативной D_м.

 

Такой подход позволяет  легко скомпенсировать влияние  систематической погрешности на результат измерения путем введения раздельных поправочных коэффициентов для каждой из этих двух составляющих.

Случайная погрешность – это составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Наличие случайных погрешностей выявляется при проведении ряда измерений постоянной физической величины, когда оказывается, что результаты измерений не совпадают друг с другом. Часто случайные погрешности возникают из-за одновременного действия многих независимых причин, каждая из которых в отдельности слабо влияет на результат измерения.

Во многих случаях  влияние случайных погрешностей можно уменьшить путем выполнения многократных измерений с последующей  статистической обработкой полученных результатов.

В некоторых случаях  оказывается, что результат одного измерения резко отличается от результатов других измерений, выполненных при тех же контролируемых условиях. В этом случае говорят о грубой погрешности (промахе измерения). Причиной могут послужить ошибка оператора, возникновение сильной кратковременной помехи, толчок, нарушение электрического контакта и т. д. Такой результат, содержащий грубую погрешность необходимо выявить, исключить и не учитывать при дальнейшей статистической обработке результатов измерений.

Класс точности средства измерений – обобщенная характеристика средства измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей. Класс точности выбирается из ряда (1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6)*10ⁿ, где n = 1; 0; -1; -2 и т. д. Класс точности может выражаться одним числом или дробью (если аддитивная и мультипликативная погрешности сопоставимы – например, 0,2/0,05 – адд./мульт.).

 

Поверка средств измерения

 

В основе обеспечения  единообразия средств измерений  лежит система передачи размера  единицы измеряемой величины. Технической формой надзора за единообразием средств измерений является государственная (ведомственная) поверка средств измерений, устанавливающая их метрологическую исправность.

Поверка - определение метрологическим органом погрешностей средства измерений и установление его пригодности к применению.

Пригодным к применению в течение определенного межповерочного интервала времени признают те СИ, поверка которых подтверждает их соответствие метрологическим и техническим требованиям к данному СИ.

Средства измерений подвергают первичной, периодической, внеочередной, инспекционной и экспертной поверкам.

Первичной поверке  подвергаются СИ при выпуске из производства или ремонта, а также СИ, поступающие по импорту.

Периодической поверке подлежат СИ, находящиеся в эксплуатации или на хранении через определенные межповерочные интервалы, установленные с расчетом обеспечения пригодности к применению СИ на период между поверками.

Инспекционную поверку производят для выявления  пригодности к применению СИ при  осуществлении госнадзора и ведомственного метрологического контроля за состоянием и применением СИ.

Экспертную  поверку выполняют при возникновении  спорных вопросов по метрологическим характеристикам (MX), исправности СИ и пригодности их к применению.

Достоверная передача размера единиц во всех звеньях метрологической цепи от эталонов или от исходного образцового средства измерений к рабочим средствам измерений производится в определенном порядке, приведенном в поверочных схемах.

Поверочная схема – это утвержденный в установленном порядке документ, регламентирующий средства, методы и точность передачи размера единицы физической величины от государственного эталона или исходного образцового средства измерений рабочим средствам.

Различают государственные, ведомственные и локальные поверочные схемы органов государственной или ведомственных метрологических служб.

Поверке подвергаются СИ, выпускаемые из производства и ремонта, получаемые из-за рубежа, а также находящиеся в эксплуатации и хранении. Основные требования к организации и порядку проведения поверки СИ установлены ГОСТ 8.513-84.

 

 

 

 

 

 

Основополагающие  документы по обеспечению единства измерений

 

ГОСТ Р 8.000-2000 ГСИ - Основные положения

ГОСТ 8.001-80 ГСИ - Организация и порядок проведения государственных испытаний средств измерений

ГОСТ 8.002-86 ГСИ - Государственный надзор и ведомственный  контроль за средствами измерений

ГОСТ 8.009-84 ГСИ - Нормируемые метрологические характеристики средств измерений

ГОСТ 8.050-73 ГСИ - Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений

ГОСТ 8.051-81 ГСИ - Погрешности, допускаемые при измерении  линейных размеров до 500 мм

ГОСТ 8.057-80 ГСИ - Эталоны единиц физических величин. Основные положения

ГОСТ 8.061-80 ГСИ - Поверочные схемы. Содержание и построение

ГОСТ 8.207-76 ГСИ - Прямые построения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения

ГОСТ 8.256-77 ГСИ - Нормирование и определение динамических характеристик аналоговых средств измерений. Основные положения

ГОСТ 8.310-90 ГСИ - Государственная служба стандартных справочных данных. Основные положения

ГОСТ 8.372-80 ГСИ - Эталоны единиц физических величин. Порядок разработки , утверждения, регистрации, хранения и применения

ГОСТ 8.315-97 ГСИ - Стандартные образцы состава  и свойств веществ и материалов. Основные положения

ГОСТ 8.381-80 ГСИ - Эталоны. Способы выражения погрешностей

ГОСТ 8.383-80 ГСИ - Государственные испытания средств  измерений. Основные положения

ГОСТ 8.395 ГСИ - Нормальные условия измерений при  поверке. Общие требования

ГОСТ 8.401-80 ГСИ - Классы точности средств измерений. Общие требования

ГОСТ 8.417-81 ГСИ - Единицы физических величин

ГОСТ 8.430-88 ГСИ - Обозначения единиц физических величин  для печатающих устройств с ограниченным набором знаков

ГОСТ 8.508-84 ГСИ - Метрологические характеристики средств измерений и точностные характеристики средств автоматизации ГСП. Общие методы оценки и контроля

ГОСТ 8.513-84 ГСИ - Поверка средств измерений. Организация  и порядок проведения

ГОСТ 8.525-85 ГСИ - Установка высшей точности для воспроизведения единиц физических величин. Порядок разработки аттестации, регистрации, хранения и применения

ГОСТ 8.549-86 ГСИ - Погрешности, допускаемые при измерении  линейных размеров до 50 мм с неуказанными допусками

ГОСТ Р 8.563-96 ГСИ - Методики выполнения измерений

ГОСТ 8.566-99 ГСИ - Межгосударственная система данных о физических константах и свойствах веществ и материалов. Основные положения

ГОСТ Р 8.568-97 ГСИ - Аттестация испытательного оборудования. Основные положения

 

 

 

Электрические измерения

 

Электромеханические измерительные приборы

 

Структурную схему аналогового  электромеханического прибора в  общем виде можно представить как:

Измерительная цепь –  обеспечивает преобразование электрической  величины Х в промежуточную электрическую величину Y, функционально связанную с величиной Х и пригодную для непосредственной обработки измерительным механизмом.

Измерительный механизм – основная часть прибора, предназначенная  для преобразования электромагнитной энергии в механическую, необходимую для создания угла поворота a.

Отсчетное устройство –  состоит из указателя, связанного с  измерительным механизмом и шкалы.

 По типу измерительного  механизма приборы делятся на:

магнитоэлектрический механизм;

магнитоэлектрический механизм логометрического типа;

электромагнитный механизм;

электромагнитный механизм логометрического типа;

электромагнитный поляризованный механизм;

электродинамический механизм;

электродинамический механизм логометрического типа;

ферродинамический механизм;

 ферродинамический механизм логометрического типа;

электростатический механизм:

измерительный механизм индукционного  типа.

 

Общие технические требования ко всем электроизмерительным приборам нормируются ГОСТ 22261-82.

Условные обозначения  определены в ГОСТ 23217-78.

 

Магнитоэлектрические  измерительные приборы

Общее устройство прибора  электромагнитного типа показано на рисунке:

a

б

На рисунке а показана схема магнитоэлектрического механизма  с подвижным магнитом, а на рисунке б- с неподвижным магнитом.

На рисунке приняты  следующие обозначения:

стрелка; 2- катушка; 3- постоянный магнит; 4- пружина; 5- магнитный шунт; 6- полюсные наконечники.

Данный механизм, примененный  непосредственно, может измерять только постоянные токи.

Достоинства магнитоэлектрических приборов: большой вращающий момент при малых токах, высокие классы точности, малое самопотребление. Недостатки магнитоэлектрических приборов: сложность конструкции, высокая стоимость, невысокая перегрузочная способность.

 

Элекродинамические измерительные  приборы

Устройство электродинамического механизма и векторная диаграмма, поясняющая его работу, приведены на рисунке:

Электродинамический измерительный  механизм работает по принципу взаимодействия магнитных потоков двух катушек. Электродинамический механизм состоит из двух катушек. Одна из них подвижная, а другая укреплена неподвижно. Токи, протекающие по этим катушкам и магнитные потоки ими образуемые при своем взаимодействии создают вращающий момент.

Приборы электродинамической  системы имеют малую чувствительность и большое самопотребление. Применяются в основном при токах 0.1…10А и напряжениях до 300 В.

 

Ферродинамические приборы

Ферродинамическими называются приборы, у которых неподвижная  катушка электродинамического механизма намотана на магнитопроводе. Это защищает от внешних электромагнитных полей и создает больший вращающий момент, т. е. повышается чувствительность.

 

Электромагнитные  измерительные приборы

Устройство измерительного механизма электромагнитного типа показано на рисунке:

В электромагнитных измерительных  механизмах для создания вращающего момента используется действие магнитного поля катушки с током на подвижный ферромагнитный (чаще пермоллоевый) лепесток. Достоинства электромагнитных механизмов: пригодность для работы в цепях постоянного и переменного тока; большая перегрузочная способность; возможность непосредственного измерения больших токов и напряжений; простота конструкции. Недостатки электромагнитных механизмов: неравномерная шкала; невысокая чувствительность; большое самопотребление мощности; подверженность влиянию изменения частоты; подверженность влиянию внешних магнитных полей и температуры.

 

Электростатические  измерительные приборы

Схемы механизмов различных  конструкций показаны на рисунке. На рисунке а приведена схема  с изменяющейся площадью электродов, а на рисунке б- с изменяющимся расстоянием между электродами.

Принцип действия электростатического  измерительного механизма основан  на взаимодействии сил, возникающих  между двумя разнозаряженными пластинами. Достоинства электростатических приборов: высокое входное сопротивление, малую входную емкость, малую мощность самопотребления, широкий частотный диапазон, могут использоваться в цепях переменного и постоянного тока, показания не зависят от формы кривой измеряемого сигнала. Недостатки электростатических приборов: приборы имеют малую чувствительность и невысокую точность.

 

Индукционные измерительные  приборы

На основе индукционного  измерительного механизма  выполняются, как правило, счетчики электрической энергии. Устройство и векторная диаграмма прибора индукционной системы показаны на рисунке:

Механизм состоит из двух индукторов выполненных в виде стержневого и П-образного индукторов, между которыми находится подвижный неферромагнитный (алюминиевый) диск. На индукторах намотаны обмотки, по которым протекают соответственно токи I1  и I2, возбуждающие магнитные потоки Ф1 и Ф2. С осью диска связан счетный механизм, который считает число оборотов диска. Для предотвращения холостого вращения диска (для предотвращения самохода) в непосредственной близости от него укреплен постоянный магнит (тормозной магнит).