Разработка методики поверки цифрового амперметра

Разработка методики поверки цифрового амперметра

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ХАРКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра МИТ

Пояснительная записка к курсовому проекту

По дисциплине: Поверка средств измерительной техники

На тему: РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОВЕРКИ ЦИФРОВОГО АМПЕРМЕТРА

Харьков 2010

СОДЕРЖАНИЕ

СОРКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

. АНАЛИЗ ПЕРЕЧНЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЕРКИ

. ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К МЕТРОЛОГИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ РАБОЧИХ ЭТАЛОНОВ. РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ВЫБОРУ ТИПОВ СРЕДСТВ ПОВЕРКИ

. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ПОВЕРКИ

4.1 Условия поверки

.2 Подготовка к поверке

4.3 Проведение поверки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

КПТ - калибратор постоянного тока;

МХ - Метрологическая характеристика;

НМХ - Нормированная метрологическая характеристика;

НТД - Нормативно - техническая документация;

СИ - Средство измерений;

ЦА - Цифровой амперметр.

ЦОВМ - Центральный орган исполнительной власти;

ІN - Конечное значение диапазона измерений;

ІН - Показания ЦА, которые соответствуют номинальному значению тока для контролируемой точки

Δдоп - Допустимая абсолютная погрешность;

q - Ступень квантования;

γдоп - Допустимая основная приведенная погрешность;

γ - Допуск;

α - Отношение абсолютной погрешности эталона к абсолютной погрешности поверяемого прибора;

n - Количество наблюдений в серии.

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного курсового проекта является разработка методики периодической поверки цифрового амперметра (ЦА) на постоянном токе.

Поверка средств измерений - это установление пригодности средств измерительной техники, на которое распространяется государственный метрологический надзор, к применению на основании результатов контроля их метрологических характеристик (МХ)

При разработке методики поверки необходимо достаточно полно описывать все необходимые операции, чтоб не возникало погрешностей. Также необходимо избегать перенасыщенности информацией методики, так как лишние данные могут лишь усложнить понимание проведения необходимых операций.

Именно это и будет являться основной задачей данного курсового проекта.

1. АНАЛИЗ ПЕРЕЧНЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

МХ средств измерений, установленные стандартом, являются составной частью исходной информации:

для определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик;

инструментальной составляющей погрешности измерений;

для расчета MX каналов измерительных систем, состоящих из средств измерений с нормированными MX;

для оптимального выбора средств измерений, а также предназначены для использования в качестве контролируемых характеристик при контроле средств измерений на соответствие установленным нормам.

МХ для поверяемого ЦА являются граница допустимой основной приведенной погрешности и падение напряжения на входе амперметра.

В нормативно-технической документации (НТД) на ЦА конкретных видов или типов следует нормировать комплексы MX из числа установленных в стандарте [1] и (или) в необходимых случаях дополнительно включенных исходя из специфики назначения средств измерений и технико-экономического обоснования.

Комплекс MX, установленный в НТД на ЦА конкретных видов или типов, должен быть достаточен для определения результатов измерений (без учета поправки на систематическую погрешность измерений) и расчетной оценки с требуемой точностью характеристик инструментальных составляющих погрешностей измерений, проводимых с помощью ЦА данного вида или типа в реальных условиях применения.

Одновременно MX, входящие в установленный комплекс, должны быть такими, чтобы был возможен их контроль при приемлемых затратах.

Рациональность комплекса НМХ проверяют при государственных приемочных испытаниях средств измерений. Эта проверка должна быть включена в программы государственных испытаний средств измерений.

В НТД на средства измерений, содержащих методику поверки, и в НТД на методики поверки должна быть указана наибольшая допускаемая погрешность поверки, установленная на основании принятых в данных НТД наибольшей допускаемой вероятности признания в результате поверки неисправного экземпляра средства измерений исправным и наибольшего допускаемого отношения реальной характеристики погрешности такого экземпляра средства измерений к ее нормированному пределу.

Комплекс НМХ, установленный в НТД на средства измерений данного типа, считают рациональным, если из представленных на государственные испытания НТД, а также из результатов государственных испытаний следует, что комплекс удовлетворяет критериям и требованиям, сформулированным в этом разделе.

При выполнении периодической поверки проводят следующие операции:

внешний осмотр;

опробование;

определение метрологических характеристик прибора.

В данном курсовом проекте необходимо провести поверку ЦА, который имеет следующие технические данные:

граница допустимой основной приведенной погрешности ±0,1% от границы диапазона измерения;

количество десятичных разрядов 5;

диапазоны измеряемого тока: (0..5) мкА; (0..10) мкА; (0..20) мкА; (0..50) мкА;

систематическая погрешность сравнима со случайной;

максимальное падение напряжения на входе амперметра 60 мВ.

Из этих данных МХ является граница основной приведенной допустимой погрешности.

Для цифровых амперметров поверку проводят при следующих значениях входного сигнала: (0,05..0,1)ІN; (0,2..0,3) ІN; (0,4..0,6)ІN; (0,7..0,8)ІN; и при (0,9..010)ІN на каждом диапазоне измерений, где ІN - конечное значение диапазона измерений [1]. То есть, поверяемый амперметр должен контролироваться при следующих значениях входного сигнала (табл. 1.1):

Таблица 1.1 - Поверяемые точки ЦА

Для того, чтобы контролировать основную характеристику ЦА, необходимо знать допустимую абсолютную погрешность (Δдоп) и ступень квантования (q).

Поскольку нам дана приведенная погрешность (γдоп), то мы можем из нее выразить Δдоп:

   (1.1)

Можно рассчитать значения Δдоп для каждого диапазона (табл. 1.2):

Таблица 1.2 - Значения Δдоп на соответствующих диапазонах

Основную погрешность необходимо контролировать при обеих полярностях входного тока.

Ступень квантования (q) для высокоточных приборов принимается равной единице младшего разряда. Учитывая, что в поверяемом приборе пять десятичных разрядов, то значения ступени квантования (q) должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 1.3

Таблица 1.3 - Значения ступеней квантования и отношений | Δдоп |/q

Поскольку все отношения | Δдоп | / q намного превышают 5, то методику поверки допускается проводить по упрощенной методике [2].

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЕРКИ

Амперметры классов точности 0,1...0,5 поверяют методом прямых измерений при помощи калибратора или косвенных измерений при помощи потенциометрической установки [3].

ЦА с классом точности 0,1 относится к высокоточным амперметрам.

Проанализировав технические данные ЦА, а также изучив соответствующую техническую литературу для ЦА, а именно ГОСТ 8.022-91 [4], можно сделать вывод, что наиболее рациональным вариантом для поверки данного цифрового амперметра является схема, приведенная на рис. 2.1:

Рисунок 2.1 - Локальная поверочная схема цифрового амперметра

Эта схема удовлетворяет необходимым условиям точности и подходит для заданного диапазона измерений поверяемого ЦА.

Поскольку для данного ЦА возможно падение напряжения на входе, то необходимо при поверке измерять напряжение, для чего необходимо включить в схему вольтметр, который регистрировал бы перепад напряжения.

Структурная схема метода поверки показана на рисунке 2.2.

ИТ - источник тока; КПТ - калибратор постоянного тока, V - вольтметр; Апов - поверяемый амперметр

Рисунок 2.2 - Принципиальная поверочная схема ЦА

Вольтметр, указанный в данной поверочной схеме, должен реагировать на падение напряжения на входе поверяемого амперметра. Отношение абсолютных погрешностей КПТ и поверяемого ЦА не должно быть большим, чем 0,5 [1].

3. ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К МЕТРОЛОГИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ РАБОЧИХ ЭТАЛОНОВ. РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ВЫБОРУ ТИПОВ СРЕДСТВ ПОВЕРКИ

В соответствии с [1] пределы допускаемых погрешностей образцовых многозначных мер и образцовых средств измерений должны выбираться в диапазоне (0,1...0,5) от предела допускаемой погрешности контролируемой характеристики поверяемого цифрового амперметра. Это значит, что класс точности КПТ должен равняться 0,01, 0,02 или 0,05.

В соответствии с этими требованиями к МХ рабочих эталонов и выбранной схемой, для осуществления периодической поверки, необходимо использовать следующие приборы.

Для измерения падения напряжения на входе амперметра можно использовать вольтметр универсальный фирмы "GW Instek" GDM-78251 A, который также имеет 5 разрядов, широкий динамический диапазон, малую погрешность, составляющую 0,012%, и реагирует на перепад напряжения до 1мВ [6].

Как калибратор постоянного тока можно использовать калибратор тока программируемый П321, который обеспечивает выдачу калиброванных токов в диапазоне от 10-9А до 10А. Класс точности этого прибора при измерении постоянного тока составляет 0,001, ступень квантования составляет 0,01 нА [7].

Для калибратора с данным классом точности количество наблюдений в серии (n) и значение допуска (γ) выбираются из приведенной ниже табл. 3.1

Таблица 3.1 - Выбор значений n и γ

Под α понимается отношение абсолютной погрешности рабочего эталона к абсолютной погрешности поверяемого прибора:

   (3.1)

При выборе значений n и γ следует округлять отношение | Δдоп | / q к ближайшему меньшему значению, а отношение α - к ближайшему большему значению. Зная, что погрешность рабочего эталона составляет 0,001, были рассчитаны значения α и подставлены в табл. 3.1. Для каждой контролируемой точки должно выполняться следующее неравенство:

;  (3.2)

где ІН - показания ЦА, которые соответствуют номинальному значению тока для контролируемой точки.

Зная α и зная | Δдоп |, можно подставить в формулу (3.2) значения γ=0,90. В результате получим следующие выражения (табл.3.2). Значения | Δдоп | выбираются из табл.1.2.

Таблица 3.2 - Значения границ погрешностей, которые не должны превышаться

В случае, если неравенство (3.2) не выполняется и разность | Іі - ІН | превышает значения, приведенные в табл. 3.2, то поверяемый ЦА бракуют.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ПОВЕРКИ

поверка метрологический эталон амперметр

В методике проведения поверки необходимо указывать условия поверки, подготовку к поверке, проведение поверки, а также оформление результатов поверки.

4.1 Условия поверки:

Температура окружающего воздуха (20±2) °С;

Относительная влажность воздуха (30-80) %;

Атмосферное давление (60-106,7) кПа или (460-800) мм. рт. ст.;

Магнитное поле земли практически отсутствует.

4.2 Подготовка к поверке

4.2.1 Рабочий эталон при поверке должен эксплуатироваться в нормальных условиях согласно НТД на этот рабочий эталон.

.2.2 Поверяемый ЦА должен быть выдержан перед поверкой при температуре от 15 °С до 30 °С не менее 4 часов и в нормальных условиях не менее 2 ч, если нет дополнительных указаний в эксплуатационной документации.

4.3 Проведение поверки

.3.1 Внешний осмотр

При внешнем осмотре должны быть установлены:

.3.1.1 Целостность маркировки ЦА и наличие необходимых надписей на наружных панелях прибора;

.3.1.2 Комплектность ЦА. Не допускаются к дальнейшей поверке ЦА, у которых отсутствуют или повреждены кабель подключения сети питания, кабель подключения входного сигнала, сменные блоки и соединительные кабели к ним, нестандартизованное поверочное оборудование, отсутствует техническое описание и инструкция по эксплуатации, НТД на методику поверки ЦА (если они изданы отдельным документом).

.3.1.3 Не допускаются к дальнейшей поверке ЦА, если при их осмотре обнаружены следующие дефекты:

отсутствуют, расшатаны или повреждены наружные части, органы регулировки и управления;

внутри прибора находятся незакрепленные предметы;

имеются трещины, обугливания изоляции и другие повреждения.

.3.2 Опробование

.3.2.1 Поверяемый ЦА и образцовые средства измерений после включения в сеть должны быть прогреты в течение времени, указанного в эксплуатационной документации.

.3.2.2 После прогрева проводят все необходимые подстройки, предусмотренные эксплуатационной документацией на поверяемый ЦА. Если это окажется невозможным, ЦА бракуют и снимают с дальнейшей поверки.

.3.2.3 Регулируя входной сигнал, убеждаются в том, что в каждом из индикаторов отсчетного устройства включается каждый из предусмотренных в нем символов.

ЦА бракуют, если не удается установить хотя бы один из возможных символов в одном из разрядов.

.3.3 Определение падения напряжения на входе амперметра.

Необходимо собрать схему, приведенную на рисунке 2.2 и дать схеме прогреться. По подключенному ко входу поверяемого амперметра вольтметру измеряем падения напряжения. Падения напряжения не должно превышать 60 мВ. В другом случае амперметр является непригодным.

.3.4 Определение основной погрешности.

.3.4.1 Проверку основной погрешности ЦА проводят при значениях входного сигнала, соответствующих табл. 4.1

.3.4.2 Значение отношения погрешностей образцового средства измерений и поверяемого ЦА, количество наблюдений в серии n и относительный контрольный допуск γ выбирают по табл. 4.2.

Таблица 4.1 - Поверяемые точки ЦА

Таблица 4.2 - Выбор значений n и γ

4.3.4.3 Если будет установлено, что при неизменном значении измеряемой величины в младшем значащем разряде отсчетного устройства поверяемого ЦА могут появляться показания, разность которых превышает 2q, поверяемый ЦА бракуют. Значение q выбирают из табл. 4.3

Таблица 4.3 - Значения ступеней квантования

Значения Δдоп, необходимы для расчетов γ|Δдоп|, заносимых в табл.4.5 выбираются из табл. 4.4.

Таблица 4.4 - Значения Δдоп на соответствующих диапазонах

.3.4.4 Установить на входе поверяемого ЦА значение первой поверяемой точки для первого диапазона в соответствии с табл. 4.5 и записать одно показание поверяемого ЦА. Далее записать значения показаний для всех поверяемых точек первого диапазона.

Таблица 4.5 - Значения поверяемых точек

4.3.4.5 Если выполняется неравенство

 ,  (4.1)

то поверяемый ЦА бракуют.

В противном случае переходят к поверке основной погрешности на следующем диапазоне. После поверки основной погрешности на последнем диапазоне переходят к оформлению результатов поверки.

.3.5 Оформление результатов поверки

.3.5.1 Положительные результаты поверки следует оформлять путем нанесения оттиска клейма на корпусе амперметра и в его формуляре, выдается свидетельство о поверке.

.3.5.2 На амперметре, не пригодном к применению, гасится оттиск клейма поверителя и делается соответствующая запись в формуляре, выдается справка о непригодности.

4.3.6 Протокол поверки

Протокол поверки ЦА должен выглядеть следующим образом.

Наименование поверяемого прибора:

Тип:                                        Зав. №:

Рабочий эталон:

Условия поверки:

1 Внешний осмотр.

Вывод: _______________________________________________

2 Опробование.

Вывод:________________________________________________

3 Определение метрологических характеристик

3.1 Абсолютная погрешность

Вывод:______________________________________________

Общий вывод_____________________________________________

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении данного курсового проекта было изучено большое количество разнообразных существующих стандартов различного назначения: для проведения поверки, для оформления результатов поверки, для выбора контролируемых метрологических характеристик, для выбора необходимой поверочной схемы, для оформления списка литературы и для других целей.

В результате был приобретен опыт работы со стандартами различного назначения, а также опыт работы с каталогами стандартов.

Были изучены основные критерии проведения поверки цифровых амперметров с такими техническими данными: с границей допустимой основной приведенной погрешности ±0,1% от границы диапазона измерения; с пятью десятичными разрядами; с диапазонами измеряемого тока: (0..5) мкА, (0..10) мкА, (0..20) мкА, (0..50) мкА; с систематической погрешностью, сравнимой со случайной, и с максимальным падение напряжения на входе амперметра 60 мВ.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. ГОСТ 8.009-84. Государственная система обеспечения единства измерений. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений

. МИ 1202-86. Государственная система обеспечения единства измерений. Приборы и преобразователи измерительные напряжения, тока, сопротивления цифровые. Общие требования к методике поверки

. ГОСТ 8.497-83. Государственная система обеспечения единства измерений. Амперметры, вольтметры, ваттметры, варметры. Методика поверки

. ГОСТ 8.022-91. Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений силы постоянного электрического тока

. ГОСТ 14014-91. Приборы и преобразователи измерительные цифровые напряжения, тока, сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний

. Вольтметр универсальный фирмы "GW Instek" GDM-78251 A://etalonpribor.org.ua/katalog/pribori-obschego-naznacheniya/vol-tmetri/

. Оборудование широкого спектра http://www.texnogaz.com/kalibratori/kalibrator-toka-programmiruemiy-p-321

8. ДСТУ 2708:2006. Повірка засобів вимірювальної техніки. Організація та порядок проведення

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ФОРМИ СВІДОТЦТВ ПРО ПОВІРКУ

А1. Форма свідоцтва про повірку робочого засобу вимірювальної техніки, що видає науковий метрологічний центр або територіальний орган ЦОВМ

Державний герб України

ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ УКРАЇНИ З ПИТАЛЬ ТЕХНІЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ТА СПОЖИВЧОЇ ПОЛІТИКИ

Назва наукового метрологічного центру або територіального органу ЦОВМ

Адреса

Номер і дата видачі свідоцтва про уповноваження (атестата акредитації)

СВІДОЦТВО

про повірку робочого засобу вимірювальної техніки

№ ___________   Чинне до «__» __________

Назва та умовне позначення __________________________________________________________

______________________________________________

Зав. № _____________________________

Виробник _________________________________________________________________

Власник ________________________________________________________________

На підставі результатів повірки засіб вимірювальної техніки визнано придатним до застосування.

__________________________________________________________________________________

позначення та назва документа, що містить вимоги до метрологічних характеристик і (або)

__________________________________________________________________________________

за потреби, значення метрологічних характеристик (клас точності, похибки, діапазони вимірювання тощо)

Додаток на ______ стор.

Державний повірник

(або вчений зберігач еталону) ______________  ________________

(підпис)   (ініціали, прізвище)

Місце печатки або відбитка

повірочного тавра   «_____» _____________ р.

А2. Форма свідоцтва про повірку робочого засобу вимірювальної техніки, що видає уповноважена повірочна лабораторія

Назва підприємства (організації)

Назва повірочної лабораторії

Адреса

Номер і дата видачі свідоцтва про уповноваження (атестата акредитації)

СВІДОЦТВО

про повірку робочого засобу вимірювальної техніки

№ ___________   Чинне до «__» __________

Назва та умовне позначення __________________________________________________________

______________________________________________

Зав. № _____________________________

Виробник __________________________________________________________________

Власник __________________________________________________________________________

На підставі результатів повірки засіб вимірювальної техніки визнано придатним до застосування.

__________________________________________________________________________________

позначення та назва документа, що містить вимоги до метрологічних характеристик і (або)

__________________________________________________________________________________

за потреби, значення метрологічних характеристик (клас точності, похибки, діапазони вимірювання тощо)

Додаток на ______ стор.

Повірник________________   ________________

(підпис)    (ініціали, прізвище)

Місце печатки або відбитка

повірочного тавра   «_____» _____________ р.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ФОРМИ ДОВІДОК ПРО НЕПРИДАТНІСТЬ

Б.1 Форма довідки про непридатність, що видає науковий метрологічний центр або територіальний орган ЦОВМ

Державний герб України

ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ УКРАЇНИ З ПИТАЛЬ ТЕХНІЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ТА СПОЖИВЧОЇ ПОЛІТИКИ

Назва наукового метрологічного центру або територіального органу ЦОВМ

Адреса

Номер і дата видачі свідоцтва про уповноваження (атестата акредитації)

ДОВІДКА

про непридатність засобу вимірювальної техніки

№ ___________    «____» __________ р.

Назва та умовне позначення __________________________________________________________

______________________________________________ Зав. № _____________________________

Виробник __________________________________________________________________

Власник _________________________________________________________________

На підставі результатів повірки засіб вимірювальної техніки визнано непридатним до застосування.

Підстави для визнання засобу вимірювальної техніки непридатним: ________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Керівник підрозділу  _________________ ___________________

 (підпис)  (ініціали, прізвище)

Державний повірник

(або вчений зберігач еталону) _________________ ___________________

 (підпис)  (ініціали, прізвище)

Місце печатки або відбитка

повірочного тавра

Б.2 Форма довідки про непридатність, що видає уповноважена повір очна лабораторія

Назва підприємства (організації)

Назва повірочної лабораторії

Адреса

Номер і дата видачі свідоцтва про уповноваження (атестата акредитації)

ДОВІДКА

про непридатність засобу вимірювальної техніки

№ ___________    «____» __________ р.

Назва та умовне позначення __________________________________________________________

______________________________________________ Зав. № _____________________________

Виробник _________________________________________________________________

Власник __________________________________________________________________

На підставі результатів повірки засіб вимірювальної техніки визнано непридатним до застосування.

Підстави для визнання засобу вимірювальної техніки непридатним: ________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Керівник уповноваженої

повір очної лабораторії _________________ ___________________

  (підпис)  (ініціали, прізвище)

Повірник  _________________ ___________________

 (підпис)  (ініціали, прізвище)

Місце печатки або відбитка

повірочного тавра