Практикум для лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»

Вид материала

Практикум

Содержание Л.Н. Степанова 1 Теоретические сведения 5 Поверка весов 21 Поверка вольтметра с помощью установки для поверки вольтметров 40 1 Теоретические сведения Поверка средств измерений 1.1 Метрологические характеристики СИ Средство сравнения Измерительный преобразователь Измерительный прибор Измерительная установка Измерительная система Основная погрешность СИ 1.2 Поверка средств измерений Первичная поверка Лабораторная работа № 1 ПОВЕРКА ШТАНГЕНЦИРКУЛЯ 2 Решаемые задачи 3.3 Метрологические характеристики средств поверки и поверяемого средства 5 Условия поверки и подготовка к ней 6.1 Внешний осмотр ... Полное содержание

Подобный материал:

• Методические указания «Выполнение практических заданий по дисциплине «Метрология, стандартизация, 636.89kb.
• Примерная программа учебной дисциплины "Метрология, стандартизация и сертификация", 233.62kb.
• А. А. Сизова законодательная метрология практикум, 754.77kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплина опд. Ф. 06 «Метрология, стандартизация и сертификация», 433.68kb.
• Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине: «Метрология, стандартизация, 170.43kb.
• Рекомендации семинара заведующих кафедрами и преподавателей по дисциплине «Метрология,, 57.13kb.
• Рабочей программы дисциплины Метрология, стандартизация и сертификация (наименование), 31.06kb.
• Научно-образовательный комплекс по специальности «Стандартизация, метрология и сертификация», 195.9kb.
• М. В. Ломоносова Кафедра стандартизации и сертификации Федорина Л. И., Хомутова, 1360.41kb.
• Стандартизация, сертификация, 974.5kb.

Сибирский государственный университет путей сообщения


Поверка и калибровка средств измерений.


Практикум для лабораторных работ по дисциплине

«Метрология, стандартизация и сертификация».


Новосибирск 2009

УДК 53.089.5


Поверка и калибровка средств измерений. Практикум для лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»: Практикум / Сост. А.А. Сизова, С.А. Бехер. - Новосибирск: Изд-во СГУПС, 2009. - 48 с.


Рассмотрены цели и основные положения закона «Об обеспечении единства измерений» в области поверки и калибровки средств измерений, метрологические характеристики и процедура поверки средств измерений. Приведены практические задания, необходимые для выполнения лабораторных работ по поверке и калибровке средств измерений электрических, механических и линейно-угловых величин.

Предназначен для студентов специальностей 200503 «Стандартизация и сертификация» при изучении дисциплин «Общая теория измерений», «Метрология, стандартизация и сертификация» и других специальностей, изучающих дисциплину «Метрология, стандартизация и сертификация».


Рассмотрен и рекомендован к печати на заседании кафедры «Электротехника, диагностика и сертификация».


Ответственный редактор

проф., д-р техн. наук Л.Н. Степанова


Рецензент

доцент кафедры «Физика» СГУПСа к.т.н. Стариков Е.И.


© А.А. Сизова, С.А. Бехер, сост., 2008

© Сибирский государственный университет путей сообщения

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Одной из форм государственного регулирования в области обеспечения единства измерений, установленных Федеральным Законом «Об обеспечении единства измерений» (далее Закон), является поверка средств измерений. Поверке подлежат средства измерений, применяющиеся в сфере государственного регулирования, установленной ст.1 Закона (здравоохранение, охрана окружающей среды, торговля, геодезическая и картографическая деятельность и другие виды деятельности). Остальные средства измерений, не попадающие в сферу государственного регулирования, не отчуждаются от общей идеологии, принципов и научно-технической базы обеспечения единства измерений. Для таких средств измерений Закон предлагает проводить либо поверку на добровольной основе, либо калибровку.

Практикум содержит теоретические сведения и лабораторный практикум, необходимые для изучения вопросов метрологического обеспечения производства, поверки и калибровки средств измерения.

Лабораторные работы состоят из шести частей:

• определение условий проведения поверки;
  
• внешний осмотр средства измерений линейно-угловых, электрических или механических величин по выбору преподавателя;
  
• проверка работоспособности средства измерений;
  
• проведение измерений линейно-угловых, электрических или механических величин;
  
• обработка результатов измерений, оценка погрешности и определение метрологической исправности средства измерений;
  
• подготовка к защите в процессе работы с контрольными вопросами.
  

При выполнении каждой лабораторной работы студенты оформляют протокол, форма которого для лабораторных работ № 1 и № 2 представлены в электронном виде, а для остальных лабораторных работ форма устанавливается преподавателем.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Основным законодательным актом, регулирующим отношения в области метрологии, является Федеральный закон Российской Федерации от 26 июня 2008 года № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» (далее Закон). Закон принят в целях:

1. установление правовых основ обеспечения единства измерений в РФ;
   
2. защита прав и законных интересов граждан, общества и государства от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений;
   
3. обеспечение потребности граждан, общества и государства в получении объективных, достоверных и сопоставимых результатов измерений, используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей среды, животного и растительного мира, обеспечения обороны и безопасности государства, в том числе экономической безопасности;
   
4. содействие развитию экономики РФ и научно-техническому прогрессу.
   

Под единством измерений понимают состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в РФ единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы. Для обеспечения единства измерений необходимо не только применение узаконенных единиц величин, но и важно, чтобы размер единиц был одинаковым. Для этого следует воспроизводить единицы с максимально возможной точностью с помощью эталонов, хранить единицу в состоянии, обеспечивающем неизменность размера во времени, и регулярно передавать размер единицы всем другим средствам измерений, проградуированным в этой единице.

Возникает необходимость создания таких иерархических систем, в которых технические средства, расположенные в определенном порядке в соответствии с их точностью, участвуют в последовательной передаче размера единицы от эталона всем средствам измерений этой величины. Порядок передачи устанавливается документами специального вида, называемыми поверочными схемами (рисунок 1). Поверочная схема - утвержденный документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи размеров единиц от эталона рабочим средствам измерений.



Рисунок 1 – Фрагмент поверочной схемы средств измерений температуры

Основной метрологической операцией при передаче размеров единиц величин является поверка средств измерений. Поверка средств измерений - совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям.

В соответствии с Законом, средства измерений, предназначенные для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, до ввода в эксплуатацию, а также после ремонта подлежат первичной поверке, а в процессе эксплуатации - периодической поверке. Сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений установлена Законом в статье 1 пункте 3.

Средства измерений (СИ), которые не предназначены для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений не подлежат государственному надзору. Юридические и физические лица (владельцы СИ) сами устанавливают систему поддержания их в работоспособном состоянии. Законом предлагается на добровольной основе поверка [1 ст.13] и калибровка СИ [1 ст.18]. Калибровка СИ - совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик СИ.

Калибровочная лаборатория по заявке (договору) заказчика определяет и подтверждает сертификатом о калибровке действительные значения метрологических характеристик СИ на данный момент времени. При этом калибровочная лаборатория не делает никакого вывода о пригодности прибора. Установленные характеристики могут отличаться от паспортных и только в компетенции заказчика определить, в каких условиях и для каких целей можно использовать данное СИ.

При поверке же, СИ признается пригодным, если действительные значения его метрологических характеристик соответствуют ранее установленным техническим требованиям. Вывод о пригодности СИ в этом случае делает лаборатория, проводившая поверку.

Таким образом, калибровка отличается от поверки, так как калибровка по своему техническому содержанию может быть шире или уже, чем поверка, в зависимости от конкретных требований заказчика. Кроме того, результаты периодической поверки действительны в течение межповерочного интервала (МПИ), который устанавливается при утверждении типа СИ. Результаты калибровки действительны только на момент калибровки, а решение о дальнейшей эксплуатации и установлении межкалибровочного интервала принимает лицо, эксплуатирующее СИ.

1.1 Метрологические характеристики СИ

Средство измерения (СИ) – это техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и/или хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в течение известного интервала времени.

Средства измерений можно классифицировать по различным признакам. Классификация СИ по конструктивному исполнению (в соответствии с РМГ 29-99) представлена на рисунке 2.



Рисунок 2 – Классификация средств измерений по РМГ 29-99

Мера – устройство, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью (однозначная – гиря, многозначная – штриховая мера длины – линейка, набор мер – набор гирь).

Средство сравнения – техническое средство или специально создаваемая среда, посредством которых возможно выполнять сравнения друг с другом мер однородных величин или показания измерительных приборов (рычажные весы, на одну чашку которых устанавливается эталонная гиря, а на другую поверяемая, - есть средство для их сравнения).

Измерительный преобразователь – техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи (термопара в термоэлектрическом термометре, измерительный трансформатор тока).

Измерительный прибор – СИ, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне (электронные весы, стрелочный вольтметр).

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте (установка для поверки вольтметров, силоизмерительная машина).

Измерительная система – совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях (измерительная система теплоэлектростанции, позволяющая получать измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках, она может содержать сотни измерительных каналов).

Метрологические свойства СИ – это свойства СИ, оказывающие влияние на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками (МХ). Значения МХ, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормированные, а определяемые экспериментально – действительные. [2]

Все метрологические свойства СИ делят на две группы:

1) свойства, определяющие область применения СИ. К ним относятся:

• диапазон измерений - область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности СИ. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним пределом измерений и верхним пределом измерений;
  
• цена деления шкалы - разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы СИ;
  
• порог чувствительности - наименьшего значения изменения физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством. Например, если самое незначительное изменение массы, которое вызывает перемещение стрелки весов, составляет 10 мг, то порог чувствительности весов равен 10 мг.
  

2) свойства, определяющие качество измерений. К ним относятся:

• точность измерений - степень близости результатов измерения к истинному (действительному) значению измеряемой величины. Данное свойство СИ используется для качественного сравнения средств измерений. Для количественной оценки используется понятие «погрешность СИ». Чем меньше разница между истинным (действительным) значением измеряемой величины и результатом измерения (т.е. чем меньше погрешность), тем выше точность.
  
• погрешность СИ – это разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением.
  

Погрешность измерения, обусловленная погрешностью применяемого СИ, называется инструментальной.

Инструментальная погрешность СИ находится на основании сравнения поверяемого СИ с эталоном единицы величины или СИ более высокого класса точности. Эталон единицы величины - техническое средство, предназначенное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины.

Пригодность СИ к применению подтверждается, если соблюдается неравенство:

, (1)

где - максимальная во всем диапазоне измерений погрешность поверяемого СИ; - предел допускаемой основной погрешности для данного типа СИ, регламентированный нормативными документами.

Если установленные нормы нарушены, СИ изымается из эксплуатации и отправляется в ремонт.

Класс точности СИ – обобщенная характеристика, выражаемая пределами допускаемых (основной и дополнительной) погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. Общие положения, способы нормирования и обозначение классов точности СИ установлены ГОСТ 8.401-80 «Государственная система обеспечения единства измерений. Классы точности средств измерений. Общие требования».

Основная погрешность СИ – погрешность, определяемая в нормальных условиях применения СИ.

Дополнительная погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, дополнительно возникающая вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин (температуры, относительной влажности, напряжения сети переменного тока и пр.) от ее нормального значения.

Обычно МХ СИ нормируют раздельно для нормальных и рабочих условий применения СИ. Нормальными считают условия, при которых изменением характеристик под воздействием внешних факторов принять пренебрегать. Так, для многих типов СИ нормальными условиями применения являются температура (293 ± 5) К, атмосферное давление (100 ± 4) кПа, относительная влажность (65 ± 15) %, электрическое напряжение в сети питания 220 В ± 10 %. Рабочие условия отличаются от нормальных более широкими диапазонами изменения влияющих величин. И те и другие МХ указываются в нормативной документации на СИ.

Класс точности СИ устанавливается в стандартах или технических условиях. СИ может иметь два или более класса точности при наличии у него двух или более диапазонов измерений одной и той же физической величины, либо при измерении нескольких физических величин [3].

Класс точности присваивается при разработке СИ. В связи с тем, что при эксплуатации метрологические характеристики СИ обычно ухудшаются, допускается понижать класс точности по результатам поверки (калибровки).

Важным при поверке является выбор оптимального соотношения между допускаемыми погрешностями эталонного и поверяемого СИ. Это соотношение должно быть достаточно высоким (1:10). Но в большинстве случаев достигнуть столь существенного «разрыва погрешностей» не удается, да и не во всех случаях имеется такая необходимость. Считается достаточным, если удается достигнуть соотношения погрешностей 1:5; 1:4; 1:3.

1.2 Поверка средств измерений

Поверку СИ осуществляют юридические лица и индивидуальные предприниматели, аккредитованные в установленном порядке в области обеспечения единства измерений.

Требования к организации и проведению поверки СИ на территории РФ устанавливает нормативный документ ПР 50.2.006 «Порядок проведения поверки СИ».

В большинстве случаев поверка состоит из следующих операций, совершаемых со средством измерения:

- внешний осмотр, при котором проверяют комплектность документации, наличие всех необходимых деталей и элементов, клейм, знаков; отсутствие внешних дефектов и так далее;

- проверка работоспособности, проводится для всех элементов СИ и на всех режимах;

- экспериментальное определение метрологических характеристик СИ с целью установления их соответствия требованиям нормативной и технической документации.

Юридические лица и индивидуальные предприниматели, применяющие СИ в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, обязаны своевременно представлять эти СИ на поверку.

СИ подвергаются первичной, периодической, внеочередной и инспекционной поверкам. Первичная поверка проводится до ввода в эксплуатацию, а также после ремонта СИ. Периодическая поверка выполняется через установленные интервалы времени (межповерочные интервалы, установленные с расчётом обеспечения пригодности к применению СИ на период между поверками), чаще всего – один раз в год, но не реже одного раза в пять лет. Ей подвергаются СИ, находящиеся в эксплуатации. Внеочередную поверку проводят при эксплуатации (хранении) СИ в следующих случаях: повреждение знака поверительного клейма, утрата свидетельства о поверке; ввода в эксплуатацию СИ после длительного хранения (более одного межповерочного интервала); проведение повторной настройки при неудовлетворительной работе прибора, известном или предполагаемом ударном воздействии на СИ. Инспекционную поверку производят для выявления пригодности к применению СИ при осуществлении государственного метрологического надзора [4].