Metrologia_I_Izm_Umkd


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАНАТЫРАУСКИЙ ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА
Факультет Автоматизации, управления и экономики
Кафедра «Автоматизация и информационные технологии»Учебно-методический комплекс дисциплины
(УМКД)
MI 2210 – Метрология и измерения
(дисциплина: код, название)
5В070200 - Автоматизация и управление
(специальность: шифр, название)

Атырау 2014г.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
АТЫРАУСКИЙ ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА
ЛИСТ СОГЛАСОВАНИЯ
Утвержден на заседании Методического совета АИНГ Председатель Метод совета АИНГ, первый проректор, проректор по УМР
Протокол №__________ _______ Г.А.Оразова, проф., д.т.н.
(подпись) ф.и.о. (звание, степень)
«_____»___________20___ г. Учебно-методический комплекс дисциплины «Метрология и измерения» составлен в соответствии с ГОСО РК Высшее образование. Бакалавриат. Основные положения ГОСО РК 5.04.019-2011 от 17.06.2011 №261 и предназначен для студентов специальности 5В070200- «Автоматизация и управление».
Согласовано:
Заведующий УМО: __________ А.И. Исмагулова, доцент АИНГ
(подпись) ф.и.о. (звание, степень)
Рассмотрено на заседании Методического бюро Автоматизации, управления и экономики
Протокол № «___ » 20____ г.
Председатель метод бюро факультета _______ Б.Е. Утенова, к.т.н., доцент
(подпись) ф.и.о. (звание, степень)

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры «Автоматизация и информационные технологии»
Протокол № «»20____ г.
Зав кафедрой: _________ Б.Б. Оразбаев д.т.н., проф., академик НИА РК
(подпись) ф.и.о. (звание, степень)
Разработал: __________ Ж.Д.Габбасова канд.техн.наук, проф.
(подпись) ф.и.о. (звание, степень)
Рецензент: __________ Б.Б. Оразбаев д.т.н., проф., академик НИА РК
(подпись) ф.и.о. (звание, степень)
Содержание
TOC \o "1-3" \h \z \u
Введение PAGEREF _Toc335296711 \h 31. Программа обучения по дисциплине (Syllabus) для студента PAGEREF _Toc335296712 \h 42. Карта учебно-методической обеспеченности дисциплины PAGEREF _Toc335296717 \h 153. Лекционный комплекс: PAGEREF _Toc335296718 \h 404. Практические занятия PAGEREF _Toc335296719 \h 815. Лабораторные занятия PAGEREF _Toc335296720 \h 866. Контрольные задания PAGEREF _Toc335296721 \h 1167. Требования к оформлению расчетных работ PAGEREF _Toc335296722 \h 134
ВВЕДЕНИЕУчебно-методический комплекс дисциплины (УМКД) «Метрология и измерения» разработан в соответствии с требованиями «Типовые правила деятельности организаций высшего и послевузовского образования» и содержит:
1.Программу обучения по дисциплине (Syllabus) для студента
2. Карту учебно-методической обеспеченности дисциплины
3.Лекционный комплекс
4.Практические занятия
5.Лабораторные занятия
6.Требования к оформлению расчетных работ
1.ПРОГРАММА ОБУЧЕНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ (SYLLABUS) ДЛЯ СТУДЕНТА1.1. Основная информация
Факультет Автоматизация , управление и экономика
Шифр и название специальности 5В050702- автоматизация и управление
Курс, семестр 3курс, 6 семестр
Цикл дисциплины Цикл профилирующих дисциплин
Количество кредитов 3 кредита
Распределение часов по видам занятий лекций практические лабораторные СРСП СРС
15 15 15 22,5 67,5
Время и место проведения учебной дисциплины (по учебному расписанию) Лекционные занятия - № 211 аудПрактические занятия- № 211 аудЛабораторные занятия - № 211 аудСРСП - № 211ауд
Лектор Габбасова Жанна Дуйсембаевна, профессор каф. АиИТ, канд.техн.наук.
Тел. Моб.: 87019400522, 87074806581
e-mail: [email protected]
Преподаватели, ведущие занятия Габбасова Жанна Дуйсембаевна, профессор каф. АиИТ, канд.техн.наук.
Тел. Моб.: 87019400522, 87074806581
e-mail: [email protected]
Пререквизиты и постреквизитыПререквизиты: Математика (теория вероятностей), информатика, физика.
Постреквизиты: Технологические измерения и приборы. Методы и средства измерений. Автоматизация типовых технологических процессов.
1.2.Цели и задачи изучаемой дисциплиныВведение (краткая информация о дисциплине).
Дисциплина «Метрология и измерения» является профильной дисциплиной для студентов высшего учебного заведения, ведущего профессиональную подготовку бакалавров по автоматизации и управлению для предприятий нефтегазового профиля с целью обеспечения высокоэффективного функционирования средств и систем автоматизации, управления, контроля и испытаний заданным требованиям производства при соблюдении правил эксплуатации и безопасности.
Цель дисциплины состоит в формировании у студентов того минимума знаний в области метрологии, позволяющий в дальнейшем молодому специалисту совершенствоваться, самостоятельно принимать технические решения на международном, региональном и национальном уровнях, а также навыки применения методов и практических основ курса при конструировании оборудования и приборов, расчете погрешностей средств измерений, суммарных погрешностей измерительных каналов и расчете эффективности стандартов.Задачи дисциплины «Метрология и измерения» - научить студентов:
- методам практической организации и проведения работ по стандартизации,
- уметь обращаться и применять на практике стандарты: ГСИ, ГСС, ЕСДП, ЕСКД и другие, руководствоваться ими при решении технических вопросов производства,
- применять свои знания при внедрении и соблюдении стандартов, уметь связывать специальные технические проблемы с мировоззренческими и социальными вопросами.
- ознакомить с условиями измерений, методами оценки и контроля метрологических и точностных характеристик;
- научить методам обработки результатов измерений;
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
- классификацию методов измерений;
- классификацию средств измерений и метрологических характеристик средств измерений;
- сущность и содержание стандартизации и сертификации;
В результате освоения теоретических положений студент должен уметь:
- грамотно проводить измерения и рассчитывать погрешности измерений;
- правильно производить обработку одно и многократных измерений.
В результате изучения дисциплины студент должен владеть:
- навыками применения на практике стандартов: ГСИ, ГСС, ЕСДП, ЕСКД и другие, руководствоваться ими при решении технических вопросов производства,
- навыками оценки и контроля метрологических характеристик измерительных систем и приборов.
В результате изучения дисциплины студент должен быть компетентным в вопросах оценки и контроля средств измерительной техники.
1.3. Содержание и план изучения учебной дисциплины№ Наименование темы и ее содержание Количество часов Рекомендуемая литература
Модуль 1. Введение. Метрология – научная основа Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ). Системы единиц физических величин. Международная система единиц СИ. 42 1 Предмет и задачи метрологии. Основные термины. Классификация измерений 1 ОЛ1ОЛ2ДЛ12 Основные характеристики измерений. Понятие о физической величине. Значение систем физических единиц 1 ОЛ1ОЛ2ДЛ1Практические занятия 1 Анализ технологического процесса, как объект управления 3 ОЛ5
ОЛ22 Математические модели кинетики химических превращений. 3 ОЛ6ОЛ2Лабораторные занятия 1 Экспериментальное определение динамических характеристик объектов регулирования 2 ОЛ5
ОЛ22 Определение параметров настройки АСР по экспериментальным динамическим характеристикам объекта регулирования 2 ДЛ5
Самостоятельная работа (СРСП+СРС) 1 Принципы проектирования систем автоматизации технологических процессов. 5 ОЛ5
ОЛ8
ДЛ12 Принципы и методы разработки, настройки и наладки систем автоматического регулирования. 5 ОЛ5
ОЛ8
ДЛ13 Разработка принципов построения АСУТП (для конкретного технологического процесса). 5 ОЛ5
ОЛ8
ДЛ14 Обоснование и выбор технических средств автоматизации. 5 ОЛ5
ОЛ8
ДЛ15 Разработка системы логического управления технологическим объектом на базе контроллера. 5 ОЛ7ОЛ5
ДЛ16 Устройства ввода/вывода информации. 5 ОЛ4ОЛ3
ДЛ5
Модуль II. Средства измерений и их характеристики. 41 1 Меры, калибры и универсальные средства измерения (измерительные приборы), контрольно—измерительные приборы (КИП), и системы измерений. Классификация средств измерения. Измерительная установка. Измерительная система. Рабочие средства измерения (РСИ). 1 ОЛ4ОЛ5
ДЛ5
2 Метрологические характеристики средств измерений и их нормирование. Метрологические свойства средств измерения. Диапазон измерений. Погрешность 1 ОЛ5
ОЛ2ДЛ13 Погрешность измерений. 1 ОЛ1ОЛ2ДЛ2Практические занятия Построение статистических математических моделей. 3 ОЛ1ОЛ2Постановка задачи оптимального управления технологическим процессом 2 ОЛ1ОЛ2Лабораторные занятия Настройка АСР по форме переходного процесса 2 ОЛ1ОЛ2Экспериментальная настройка П-регулятора 2 ОЛ1ОЛ2Самостоятельная работа (СРСП+СРС) 1 Применение SCADA систем. 5 ОЛ1ОЛ2ДЛ12 Иерархические системы управления сложными технологическими процессами. 5 ОЛ1ОЛ2ДЛ13 Алгоритмы идентификации 5 ОЛ1ОЛ2ДЛ14 Системы оптимального управления. 5 ОЛ1ОЛ2ДЛ15 Анализ сложных систем. 5 ОЛ1ОЛ2ДЛ1Модуль III. Качество измерительных приборов 52 1 Постоянная прибора. Чувствительность прибора. Порог чувствительности измерительного прибора. Точность измерительного прибора. Класс точности средств измерений. Погрешности средств измерений. Основная погрешность средств измерения. Дополнительная погрешность средств измерения. 1 ОЛ1ОЛ2ДЛ12 Метрологическое обеспечение измерительных систем. 2 ОЛ1ОЛ2ДЛ13 Правовые основы метрологического обеспечения. Основные положения Закона РК «Об обеспечении единства измерений». 1 ОЛ1ОЛ2ДЛ11
Практические занятия 1 Решение задач линейного программирования. 2 ОЛ6ДЛ92 Решение задач нелинейного программирования. 2 ОЛ6ДЛ9Лабораторные занятия 1 Моделирование позиционных алгоритмов НЦУ с использованием Mathlab, VisSim. 4 ДЛ4ДЛ5
2 Привязка печи КС к контролерам Simatic. 3 ДЛ4ДЛ5
Самостоятельная работа (СРСП+СРС) 1 Постановка задачи оптимизации. 5 ОЛ3
ДЛ92 Многоэшелонные системы 5 ОЛ3
ДЛ93 Управление в режиме реального времени. 10 ОЛ3
ДЛ94 Распределенные АСУТП. 5 ОЛ5
ОЛ8
ДЛ8
5 Опыт разработки, внедрения АСУТП. 5 ОЛ5
ОЛ6ДЛ8
6 Эволюция технических средств автоматики. 5 ОЛ1ОЛ3
ДЛ8
Всего 135 1.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ
Основные понятия и определения.
Виды измерений.
Информационный аспект измерений.
Классификация средств измерений (СИ).
Методы измерений.
Погрешности измерений. Классификация. Примеры.
Абсолютная, относительная, приведенная погрешности. Примеры.
Систематические и случайные погрешности. Примеры.
Основные метрологические характеристики СИ. Примеры.
Аддитивная, мультипликативная погрешности и погрешность квантования. Примеры.
Основные и дополнительные погрешности. Примеры.
Способы нормирования погрешностей СИ. Нормирование основной и дополнительной погрешностей.
Динамический режим СИ. Описание с помощью дифференциальных уравнений.
Динамический режим СИ. Переходные и импульсно-переходные характеристики.
Вероятностное описание погрешностей.
Законы распределения погрешностей.
Мосты и их характеристики.
Мосты для измерения сопротивления на постоянном токе.
Мосты переменного тока для измерения емкости и угла потерь
Мосты переменного тока для измерения индуктивности и добротности.
Магнито-электрический измерительный механизм.
Магнито-электрические амперметры.
Магнито-электрические вольтметры.
Магнито-электрические омметры.
Электронные аналоговые приборы и преобразователи. Классификация.
Электронные аналоговые вольтметры постоянного и переменного тока. Структурные схемы.
Электронно-лучевые осциллографы. Характеристики. Способы применения.
Электронно-лучевые осциллографы. Развертка сигнала по амплитуде и длительности.
Цифровые приборы. Общие сведения. Классификация.
Основные методы преобразования цифровой величины в код.
Основные характеристики цифровых СИ.
Помехозащищенность цифровых измерительных приборов.
Динамические погрешности цифровых измерительных приборов.
Цифровые СИ. Время-импульсный цифровой вольтметр. Структура, принцип действия.
Обработка результатов измерений. Прямые измерения.
Обработка результатов измерений. Косвенные измерения.
Суммирование составляющих погрешностей распределенных по нормальному закону.
Суммирование составляющих погрешностей, закон распределения которых отличен от нормального.
Основы государственной системы стандартизации.
Измерительные преобразователи физических величин.
1.5. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.5.1 Основная литература (ОЛ)
Анциферов С.С. Общая теория измерений. - М., 2007.
Аскаров Е.С. Стандартизация, метрология и сертификация.- Алматы., 2005.
Герасимова Е.Б. Метрология, стандартизация и сертификация. – М., 2008.
4. Никифоров А.Д., Бакиев Т.А. Метрология, стандартизация и сертификация: учебное пособие: - М.: Высшая школа, 2002 – 424 с.
1.5.2.Дополнительная литература (ДЛ)
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. – М.: Высшая школа, 2001.
Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Учебник для вузов. – 2-ое изд., перераб. и доп. – М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2001.
Аубакиров Г.О. Практикум по метрологии, стандартизации и управлению качеством: Учебное пособие для вузов. – Алма-Ата, 1992.
Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы: учебник для вузов по специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов». – М.: Энергия, 1978.
Новицкий П.В., Заграф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. – Л.: Энергоатомиздат, 1991.
Законодательные акты:
Закон РК «Об обеспечении единства измерений», Астана, 2000.
Закон РК «О техническом регулировании», Астана, 2004.
1.5.3. Методические указания (МУ)
1. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Метрология и измерения». Габбасова Ж.Д. Атырау, 2014г.
1.5.4. Технические средства
Мультимедийные устройства +
Компьютеры +
Слайды +
Лабораторные стенды -
и т.д1.6. График выполнения и сдачи заданий по дисциплине
Вид занятия/недели 1 2 3 4 5 6 7 Рубежный 1 8 9 10 11 12 13 14 Рубежный 2 15
Лекции + + + + + + + + + + + + + + Практические + + + + + + + + + + + + + + Лабораторные + + + + + + + + + + + + + + Курсовая работа * * * * * * * * * * * * * * +-контроль выполнения на учебных занятиях
*- контроль выполнения на СРСП
1.6.1 Тематический план и сроки сдачи заданий по СРСП№ Тема
задания Содержание задания Сроки
сдачи задания (неделя) Кол.
часов Рекомендуемая литература
МОДУЛЬ 1. 1 Основы метрологической деятельности Республики Казахстан. Изучение деятельности метрологических служб республики Казахстан. Формирование и реализация государственной политики по обеспечению единства измерений 1 1 ОЛ5
ОЛ8
ДЛ12 Государственная метрологическая служба в РК. Структура и функции метрологической службы предприятия. Исследование работ, направленных на развитие метрологии в республике, с учетом проводимой государственной политики в области обеспечения единства измерений; создание и совершенствование эталонной базы единиц величин республики 1 1 ОЛ5
ОЛ8
ДЛ13 Организация работ по метрологии в Республике Казахстан. Изучить деятельность в республике с 2002 года на базе РГП “КазИнМетр”: Государственной службы стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, с 2005 года – Государственной службы времени и частоты и Государственной службы стандартных справочных данных о составе и свойствах веществ и материалов. 2 2 ОЛ5
ОЛ8
ДЛ1МОДУЛЬ 2. 1 Метрология в зарубежных странах, международные и региональные организации по метрологии.  Ознакомление с деятельностью Международной организации по законодательной метрологии (OIML); 4 1 ОЛ4ОЛ5
ДЛ5
2 Метрология в странах Западной Европы. Метрология в странах Восточной Европы и СНГ; Ознакомление с деятельностью и функциями Евро-азиатского сотрудничества государственных метрологических учреждений (КООМЕТ); Ознакомление с Азиатско-тихоокеанской метрологической программой (АРМР).
4 1 ОЛ5
ОЛ2ДЛ13 Составление алгоритма измерения и обработки информации, оценка метрологических характеристик; Разработка методов и средств улучшения метрологических характеристик КИПиА.
Межгосударственный стандарт. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологические характеристики средств измерений и точностные характеристики средств автоматизации ГСП. 5 1 ОЛ1ОЛ2ДЛ2МОДУЛЬ 3. 1 Международные организации законодательной метрологии. Практическая деятельность МОЗМ. Состав МОЗМ восемнадцати Технических комитетах и их подкомитетах. Основные результаты работы МОЗМ: Международные Рекомендации и Международные Документы. Модельные правила, которые устанавливают метрологические характеристики измерительных приборов и определяют методы и оборудование, необходимые для их аттестации. Международные Документы для улучшения работы метрологических служб. 8 1,5 ОЛ3
ДЛ92 Международная организация мер и весов. Международная организация законодательной метрологии. Ознакомление с Международными метрологическими организации, организациями, созданные на основе международных соглашений для осуществления и хранения основных единиц физических величин и для достижения международного единства мер. 9 2 ОЛ3
ДЛ93 Измерительно-информационные системы (ИИС). Виды совместимости ИИС. Измерительно-вычислительные (микропроцессорные) средства системного применения. Введение в измерительную технику:
Роль и значение измерительной техники. История развития. Основные понятия и определения.
Общая классификация измерительных информационных систем. Классификация ИИС по функциональному назначению. Обобщенная структура ИИС
11 2 ОЛ5
ОЛ8
ДЛ8
Всего: 22,5 1.6.2 Тематический план и сроки сдачи заданий по СРС№ Тема задания Задания СРС Цель и содержания задания Литература Форма контроля Срок выдачи (неделя) Срок сдачи (недели) К-во баллов
1 Тема: Введение в метрологию
1.Метрология – наука об измерениях.
2.Сущность и содержание метрологии.
3.Понятие об измерении, испытании и контроле.
4.Метрологическая служба.
5.Эталоны и стандартные образцы Выполнить реферат.
Навыки работы с технич.лит-рой. 8 осн. [8-15]. зачет 1 1 3
2 Тема: Основные понятия о метрологии
1. Метрическая система мер, законодательная метрология.
2. Физические величины, измерения.
3. Главная задача метрологии.
4. Погрешность, единство измерений. Выполнить реферат.
Навыки работы с технич.лит-рой журнал «КИПиА в Казахстане», каталоги фирм SiemensМетран. контр. раб. 1 1 5
3 Тема: Правовые основы метрологической деятельности.
1. Закон РК « Об обеспечении единства измерений»
2. Основные цели и особенности Закона.
3. Ответственность за нарушение законодательства по метрологии. Выполнить реферат.
Навыки работы с нормативно-правовой документацией 5 осн. [239-248]. РГР 2 2 12
4 Тема: Понятия об измерении.
1. Виды измерений (по способу получения информации, по характеру измерения измеряемой величины).
2. Виды измерений (по количеству измерительной информации, по отношению к основным единицам измерения).
3. Шкала измерений, принцип измерений, метод измерений.
Выполнить реферат.
Навыки работы с технической литературой 7 осн. контр.работа 2 2 8
5 Тема: Средства измерений и контроля.
1.Виды средств измерений, Мера.
2.Измерительный преобразователь, измерительные приборы, измерительные установки и системы, измерительные принадлежности.
3.Эталоны, их классификация.
4.Перспективы развития эталонов. Выполнить реферат.
Навыки работы с технической литературой стандарт МЭК-1131.3 зачет 3 3 8
6 Тема: Структура и функции метрологической службы.
1. Организационные основы Государственной метрологической службы.
2. Головные и базовые организации метрологической службы.
3. Государственный метрологический контроль за средствами измерений.
4. Метрологическое обеспечение предприятия. Выполнить реферат.
Навыки работы с нормативно-правовой документацией 5 доп. [15-30, 128-135]. зачет 4 4 4
7 Тема: Поверка средств измерений.
1. Виды поверок средств измерений.
2. Методы поверки.
3. Поверочные схемы. Выполнить реферат.
Навыки работы с технич.
литературой 7 осн. [311-315]. зачет 5 5 5
Примечание:
В пункте с 1.1.-1.6 в Учебно-методическом комплексе дисциплин «Программа обучения по дисциплине (syllabus) для студента» подготовлена согласно форме ФАИНГ 703-17-13 Издание третье
1.7.КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ
1.7.1 Виды контроля (текущий, промежуточный, рубежный, итоговый)
Текущий контроль При проведении лабораторно-практических занятий
Промежуточный контроль На СРСП
Рубежный контроль 7,14 недели
Итоговый контроль На экзаменнационной сессии
1.7.2.Методы контроля
Устный Письменный Тестовый Итоговый
во время сдачи заданий по СРС, СРСП во время сдачи заданий по СРС, СРСП во время сдачи отработки по пропущенным занятиям во время сессии
1.7.3. Оценка знаний студентов. Текущий контроль успеваемости студентов проводится по каждой теме учебной дисциплины и включает контроль знаний на аудиторных и внеаудиторных занятиях. Оценка текущего контроля (оценка рейтинга допуска) складывается из оценок текущего контроля на аудиторных занятиях и оценок рубежного контроля (внеаудиторные занятия).При текущем контроле успеваемости учебные достижения студентов оцениваются по 100 бальной шкале, за каждое выполненное задание (ответ на текущих занятиях, сдача домашнего задания, самостотельной работы студента, рубежный контроль) и окончательный результат текущего контроля успеваемости подводит расчетом среднеарифметической суммы всех оценок полученных в течение академического периода. Аналогичный подход применяется при оценке учебных достижении обучающихся в период промежуточной и итоговой аттестации. (Согласно приказа МОН РК №506 от 01.11.2010 г).
Схема оценки знаний
Виды занятий Виды контроля Форма контроля Баллы Сроки выставления баллов в журналы
Аудиторная работа Лекция ( участие на лекциях, конспектирование и т.д) 100 Согласно расписанию
Выполнение лабораторных работ 100 Выполнение практических работ 100 СРСП, СРС По видам заданий ( КП, КР, РГР, доклады, рефераты, ЭССЭ, конспектирование тем, индивидуальные расчетные задания, и т.д.) 100 По графику сдачи заданий
Рубежный контроль РК Тестирование (бланочные, компьютерные), контрольная, опрос, коллоквиум, и т.дРК1 100 7 неделя
РК2 100 14 неделя
Рейтинг допуска 1 100 7 неделя
Рейтинг допуска 2 100 14 неделя
Рейтинг допуска за академический период РД РД = (РД1+РД2)/2 100 15 неделя
Экзамен Е 100 Итоговая оценка I = РД*0.6+E*0.4 100 Примечание: Все учебные достижения обучающегося оцениваются по 100 балльной шкале за каждое выполненное задание (ответ на занятиях, сдача домашнего задания, выполнение контрольной работы и др.), окончательный итог по аттестации подводится расчетом среднеарифметической суммы всех оценок по видам работы (аудиторной, СРСП, СРС, РК) .Итоговая оценка знаний студентов по дисциплине
Оценка по буквенной системе Баллы %-ное содержание Оценка по традиционной системе
А 4 95-100 Отлично
А- 3,67 90-94 В+ 3,33 85-89 Хорошо
В 3,0 80-84 В- 2,67 75-79 С+ 2,33 70-74 Удовлетворительно
С 2,0 65-69 С- 1,67 60-64 D+ 1,33 55-59 D 1,0 50-54 F 0 0-49 Неудовлетворительно
Примечание: Пункт 1.7 «Контроль и оценка результатов обучения» подготовлен согласно процедуре ПРО АИНГ 704-13 Оценка знаний. Издание третье.
2. КАРТА УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ДИСЦИПЛИНЫУчебная дисциплина Метрология и измерения
Кафедра Автоматизация и информационные технологии
Специальность 5В070200- автоматизация и управление
Форма обучения:
Очная: 2 курс 4 семестр
Общее количество часов по дисциплине 135 часов, в том числе лекции 15 часов,
практические занятия (семинары) 15 часов, лабораторная работа 15 часов,
СРС 22,5 часов, СРСП 67,5 часов.
Ф.И.О. автора Наименование учебно-методической литературы Издательство, год издания Количество
экземпляров
в биб-лиотекена кафедре
1 2 3 4 5
Основная литература
Артемьев Б.Г., Голубев С.М. Справочное пособие для работников метрологических служб: В 2-х кН.– М.: Изд-во стандартов, 1990. 2 1
Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. Учебник для вузов. – М.: Издательство стандартов, 1991. – 492с.: ил. 5 5
Анциферов С.С Общая теория измерений - М., 2007.
2 1
Герасимова Е.Б. Метрология, стандартизация и сертификация. – М.,
2008.
4 2
Никифоров А.Д., Бакиев Т.А. Метрология, стандартизация и сертификация: учебное пособие: - М.: Высшая школа, 2002 – 424 с. 1 5
Дополнительная литература
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. – М.: Высшая школа, 2001. 1 1
Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Учебник для вузов
. – 2-ое изд., перераб. и доп. – М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2001. 10 5
Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы: учебник для вузов по специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов». – М.: Энергия, 1978. 3 2
Закон РК «Об обеспечении единства измерений» Астана, 2000. 1 1
Закон РК «О техническом регулировании» Астана, 2004.
1 1
Примечание:
Пояснения по заполнению карты:
В основной литературе указывать не менее 5 наименований учебной литературы.
Методические указания, в том числе указания, разработанные преподавателями кафедры записывать в дополнительную литературу
Карта обеспеченности должна ежегодно корректироваться с учетом новых поступлений литературы и изменения контингента.
2-ой пункт в Учебно-методическом комплексе дисциплин «Карта учебно – методического обеспечения дисциплины» подготовлен согласно форме ФАИНГ 703-19-13 Карта учебно-методической обеспеченности дисциплины. Издание третье
3. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ
ЛЕКЦИЯ 1.ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
1. Предмет и задачи метрологии
С течением мировой истории человеку приходилось измерять различные вещи, взвешивать продукты, отсчитывать время. Для этой цели понадобилось создать целую систему различных измерений, необходимую для вычисления объема, веса, длины, времени и т. п. Данные подобных измерений помогают освоить количественную характеристику окружающего мира. Крайне важна роль подобных измерений при развитии цивилизации. Сегодня никакая отрасль народного хозяйства не могла бы правильно и продуктивно функционировать без применения своей системы измерений. Ведь именно с помощью этих измерений происходит формирование и управление различными технологическими процессами, а также контролирование качества выпускаемой продукции. Подобные измерения нужны для самых различных потребностей в процессе развития научно—технического прогресса: и для учета материальных ресурсов и планирования, и для нужд внутренней и внешней торговли, и для проверки качества выпускаемой продукции, и для повышения уровня защиты труда любого работающего человека. Несмотря на многообразие природных явлений и продуктов материального мира, для их измерения существует такая же многообразная система измерений, основанных на очень существенном моменте – сравнении полученной величины с другой, ей подобной, которая однажды была принята за единицу. При таком подходе физическая величина расценивается как некоторое число принятых для нее единиц, или, говоря иначе, таким образом получается ее значение. Существует наука, систематизирующая и изучающая подобные единицы измерения, – метрология. Как правило, под метрологией подразумевается наука об измерениях, о существующих средствах и методах, помогающих соблюсти принцип их единства, а также о способах достижения требуемой точности.
Происхождение самого термина «метрология» возводя к двум греческим словам: metron, что переводится как «мера», и logos – «учение». Бурное развитие метрологии пришлось на конец XX в. Оно неразрывно связано с развитием новых технологий. До этого метрология была лишь описательным научным предметом. Следует отметить и особое участие в создании этой дисциплины Д. И. Менделеева, которому подевалось вплотную заниматься метрологией с 1892 по 1907 гг… когда он руководил этой отраслью российской науки. Таким образом, можно сказать, что метрология изучает:
1) методы и средства для учета продукции по следующим показателям: длине, массе, объему, расходу и мощности;
2) измерения физических величин и технических параметров, а также свойств и состава веществ;
3) измерения для контроля и регулирования технологических процессов.
Выделяют несколько основных направлений метрологии:
1) общая теория измерений;
2) системы единиц физических величин;
3) методы и средства измерений;
4) методы определения точности измерений;
5) основы обеспечения единства измерений, а также основы единообразия средств измерения;
6) эталоны и образцовые средства измерений;
7) методы передачи размеров единиц от образцов средств измерения и от эталонов рабочим средствам измерения. Важным понятием в науке метрологии является единство измерений, под которым подразумевают такие измерения при которых итоговые данные получаются в узаконенных единицах, в то время как погрешности данных измерений получены с заданной вероятностью. Необходимость существования единства измерений вызвана возможностью сопоставления результатов различных измерений, которые были проведены в различных
районах, в различные временные отрезки, а также с применением разнообразных методов и средств измерения.
Следует различать также объекты метрологии:
1) единицы измерения величин;
2) средства измерений;
3) методики, используемые для выполнения измерений и т. д.
Метрология включает в себя: во-первых, общие правила, нормы и требования, во-вторых, вопросы, нуждающиеся в государственном регламентировании и контроле. И здесь речь идет о:
1) физических величинах, их единицах, а также об их измерениях;
2) принципах и методах измерений и о средствах измерительной техники;
3) погрешностях средств измерений, методах и средствах обработки результатов измерений с целью исключения погрешностей;
4) обеспечении единства измерений, эталонах, образцах;
5) государственной метрологической службе;
6) методике поверочных схем;
7) рабочих средствах измерений.
В связи с этим задачами метрологии становятся: усовершенствование эталонов, разработка новых методов точных измерений, обеспечение единства и необходимой точности измерений.
2. Термины
Очень важным фактором правильного понимания дисциплины и науки метрология служат использующиеся в ней термины и понятия. Надо сказать, что, их правильная формулировка и толкование имеют первостепенное значение, так как восприятие каждого человека индивидуально и многие, даже общепринятые термины, понятия и определения он трактует по—своему, используя свой жизненный опыт и следуя своим инстинктам, своему жизненному кредо. А для метрологии очень важно толковать термины однозначно для всех, поскольку такой подход дает возможность оптимально и целиком понимать какое—либо жизненное явление. Для этого был создан специальный стандарт на терминологию, утвержденный на государственном уровне. Поскольку Россия на сегодняшний момент воспринимает себя частью мировой экономической системы, постоянно идет работа над унификацией терминов и понятий, создается международный стандарт. Это, безусловно, помогает облегчить процесс взаимовыгодного сотрудничества с высокоразвитыми зарубежными странами и партнерами. Итак, в метро логии используются следующие величины и их определения:
1) физическая величина, представляющая собой общее свойство в отношении качества большого количества физических объектов, но индивидуальное для каждого в смысле количественного выражения;
2) единица физической величины, что подразумевает под собой физическую величину, которой по условию присвоено числовое значение, равное единице;
3) измерение физических величин, под которым имеется в виду количественная и качественная оценка физического объекта с помощью средств измерения;
4) средство измерения, представляющее собой техническое средство, имеющее нормированные метрологические характеристики. К ним относятся измерительный прибор, мера, измерительная система, измерительный преобразователь, совокупность измерительных систем;
5) измерительный прибор представляет собой средство измерений, вырабатывающее информационный сигнал в такой форме, которая была бы понятна для непосредственного восприятия наблюдателем;
6) мера – также средство измерений, воспроизводящее физическую величину заданного размера. Например, если прибор аттестован как средство измерений, его шкала с оцифрованными отметками является мерой;
7) измерительная система, воспринимаемая как совокупность средств измерений, которые соединяются друг с другом посредством каналов передачи информации для выполнения одной или нескольких функций;
8) измерительный преобразователь – также средство измерений, которое производит информационный измерительный сигнал в форме, удобной для хранения, просмотра и трансляции по каналам связи, но не доступной для непосредственного восприятия;
9) принцип измерений как совокупность физических явлений, на которых базируются измерения;
10) метод измерений как совокупность приемов и принципов использования технических средств измерений;
11) методика измерений как совокупность методов и правил, разработанных метрологическими научно—исследовательскими организациями, утвержденных в законодательном порядке;
12) погрешность измерений, представляющую собой незначительное различие между истинными значениями физической величины и значениями, полученными в результате измерения;
13) основная единица измерения, понимаемая как единица измерения, имеющая эталон, который официально утвержден;
14) производная единица как единица измерения, связанная с основными единицами на основе математических моделей через энергетические соотношения, не имеющая эталона;
15) эталон, который имеет предназначение для хранения и воспроизведения единицы физической величины, для трансляции ее габаритных параметров нижестоящим по поверочной схеме средствам измерения. Существует понятие «первичный эталон», под которым понимается средство измерений, обладающее наивысшей в стране точностью. Есть понятие «эталон сравнений», трактуемое как средство для связи эталонов межгосударственных служб. И есть понятие «эталон—копия» как средство измерений для передачи размеров единиц образцовым средствам;
16) образцовое средство, под которым понимается средство измерений, предназначенное только для трансляции габаритов единиц рабочим средствам измерений;
17) рабочее средство, понимаемое как «средство измерений для оценки физического явления»;
18) точность измерений, трактуемая как числовое значение физической величины, обратное погрешности, определяет классификацию образцовых средств измерений. По показателю точности измерений средства измерения можно разделить на: наивысшие, высокие, средние, низкие.
Контрольные вопросы:
Что изучает наука Метрология?
Основные понятия и определения.
Виды измерений.
Информационный аспект измерений.
ЛЕКЦИЯ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
Классификация средств измерений может проводиться по следующим критериям.
1. По характеристике точности измерения делятся на равноточные и неравноточные.
Равноточными измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерений (СИ), обладающих одинаковой точностью, в идентичных исходных условиях.
Неравноточными измерениями физической величины называется ряд измерений некоторой величины, сделанных при помощи средств измерения, обладающих разной точностью, и (или) в различных исходных условиях.
2. По количеству измерений измерения делятся на однократные и многократные.
Однократное измерение – это измерение одной величины, сделанное один раз. Однократные измерения на практике имеют большую погрешность, в связи с этим рекомендуется для уменьшения погрешности выполнять минимум три раза измерения такого типа, а в качестве результата брать их среднее арифметическое.
Многократные измерения – это измерение одной или нескольких величин, выполненное четыре и более раз. Многократное измерение представляет собой ряд однократных измерений. Минимальное число измерений, при котором измерение может считаться многократным, – четыре. Результатом многократного измерения является среднее арифметическое результатов всех проведенных измерений. При многократных измерениях снижается погрешность.
3. По типу изменения величины измерения делятся на статические и динамические.
Статические измерения – это измерения постоянной, неизменной физической величины. Примером такой постоянной во времени физической величины может послужить длина земельного участка.
Динамические измерения – это измерения изменяющейся, непостоянной физической величины.
4. По предназначению измерения делятся на технические и метрологические.
Технические измерения – это измерения, выполняемые техническими средствами измерений.
Метрологические измерения – это измерения, выполняемые с использованием эталонов.
5. По способу представления результата измерения делятся на абсолютные и относительные.
Абсолютные измерения – это измерения, которые выполняются посредством прямого, непосредственного измерения основной величины и (или) применения физической константы.
Относительные измерения – это измерения, при которых вычисляется отношение однородных величин, причем числитель является сравниваемой величиной, а знаменатель – базой сравнения (единицей). Результат измерения будет зависеть от того, какая величина принимается за базу сравнения.
6. По методам получения результатов измерения делятся на прямые, косвенные, совокупные и совместные.
Прямые измерения – это измерения, выполняемые при помощи мер, т. е. измеряемая величина сопоставляется непосредственно с ее мерой. Примером прямых измерений является измерение величины угла (мера – транспортир).
Косвенные измерения – это измерения, при которых значение измеряемой величины вычисляется при помощи значений, полученных посредством прямых измерений, и некоторой известной зависимости между данными значениями и измеряемой величиной.
Совокупные измерения – это измерения, результатом которых является решение некоторой системы уравнений, которая составлена из уравнений, полученных вследствие измерения возможных сочетаний измеряемых величин.
Совместные измерения – это измерения, в ходе которых измеряется минимум две неоднородные физические величины с целью установления существующей между ними зависимости.
Единицы измерения
В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была утверждена Международная система единиц (СИ).
В основе Международной системы единиц лежат семь единиц, охватывающих следующие области науки: механику, электричество, теплоту, оптику, молекулярную физику, термодинамику и химию:
1) единица длины (механика) – метр;
2) единица массы (механика) – килограмм;
3) единица времени (механика) – секунда;
4) единица силы электрического тока (электричество) – ампер;
5) единица термодинамической температуры (теплота) – кельвин;
6) единица силы света (оптика) – кандела;
7) единица количества вещества (молекулярная физика, термодинамика и химия) – моль.
В Международной системе единиц есть дополнительные единицы:
1) единица измерения плоского угла – радиан;
2) единица измерения телесного угла – стерадиан. Таким образом, посредством принятия Международной системы единиц были упорядочены и приведены к одному виду единицы измерения физических величин во всех областях науки и техники, так как все остальные единицы выражаются через семь основных и две дополнительных единицы СИ. Например, количество электричества выражается через секунды и амперы.
Контрольные вопросы:
Классификация средств измерений (СИ).
Методы измерений.
Погрешности измерений. Классификация. Примеры.
ЛЕКЦИЯ 3.  ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
Выделяют следующие основные характеристики измерений:
1) метод, которым проводятся измерения;
2) принцип измерений;
3) погрешность измерений;
4) точность измерений;
5) правильность измерений;
6) достоверность измерений.
Метод измерений – это способ или комплекс способов, посредством которых производится измерение данной величины, т. е. сравнение измеряемой величины с ее мерой согласно принятому принципу измерения.
Существует несколько критериев классификации методов измерений.
1. По способам получения искомого значения измеряемой величины выделяют:
1) прямой метод (осуществляется при помощи прямых, непосредственных измерений);
2) косвенный метод.
2. По приемам измерения выделяют:
1) контактный метод измерения;
2) бесконтактный метод измерения. Контактный метод измерения основан на непосредственном контакте какой—либо части измерительного прибора с измеряемым объектом.
При бесконтактном методе измерения измерительный прибор не контактирует непосредственно с измеряемым объектом.
3. По приемам сравнения величины с ее мерой выделяют:
1) метод непосредственной оценки;
2) метод сравнения с ее единицей.
Метод непосредственной оценки основан на применении измерительного прибора, показывающего значение измеряемой величины.
Метод сравнения с мерой основан на сравнении объекта измерения с его мерой.
Принцип измерений – это некое физическое явление или их комплекс, на которых базируется измерение. Например, измерение температуры основано на явлении расширения жидкости при ее нагревании (ртуть в термометре).
Погрешность измерения – это разность между результатом измерения величины и настоящим (действительным) значением этой величины. Погрешность, как правило, возникает из—за недостаточной точности средств и методов измерения или из—за невозможности обеспечить идентичные условия при многократных наблюдениях.
Точность измерений – это характеристика, выражающая степень соответствия результатов измерения настоящему значению измеряемой величины.
Количественно точность измерений равна величине относительной погрешности в минус первой степени, взятой по модулю.
Правильность измерения – это качественная характеристика измерения, которая определяется тем, насколько близка к нулю величина постоянной или фиксировано изменяющейся при многократных измерениях погрешности (систематическая погрешность). Данная характеристика зависит, как правило, от точности средств измерений.
Основная характеристика измерений – это достоверность измерений.
Достоверность измерений – это характеристика, определяющая степень доверия к полученным результатам измерений. По данной характеристике измерения делятся на достоверные и недостоверные. Достоверность измерений зависит того, известна ли вероятность отклонения результатов измерения от настоящего значения измеряемой величины. Если же достоверность измерений не определена, то результаты таких измерений, как правило, не используются. Достоверность измерений ограничена сверху погрешностью измерений.
Понятие о физической величине. Значение систем физических единиц
Физическая величина является понятием как минимум двух наук: физики и метрологии. По определению физическая величина представляет собой некое свойство объекта, процесса, общее для целого ряда объектов по качественным параметрам, отличающееся, однако, в количественном отношении (индивидуальная для каждого объекта). Классическим примером иллюстрации этого определения служит тот факт, что, обладая собственной массой и температурой, все тела имеют индивидуальные числовые значения этих параметров. Соответственно размер физической величины считается ее количественным наполнением, содержанием, а в свою очередь значение физической величины представляет собой числовую оценку ее размеров. В связи с этим существует понятие однородной физической величины, когда она является носителем аналогичного свойства в качественном смысле Таким образом, получение информации о значениях физической величины как некоего числа принятых для нее единиц и есть главная задача измерений. И, соответственно, физическая величина, которой по определению присвоено условное значение, равное единице, есть единица физической величины. Вообще же все значения физических величин традиционно делят на: истинные и действительные. Первые представляет собой значения, идеальным образом отражающие в качественном и количественном отношении соответствующие свойства объекта, а вторые – значения, найденные экспериментальным путем и настолько приближенные к истине, что могут быть приняты вместо нее. Однако этим классификация физических величин не исчерпывается. Есть целый ряд классификаций, созданных по различным признакам Основными из них является деления на:
1) активные и пассивные физические величины – при делении по отношению к сигналам измерительной информации. Причем первые (активные) в данном случае представляют собой величины, которые без использования вспомогательных источников энергии имеют вероятность быть преобразованными в сигнал измерительной информации. А вторые (пассивные) представляют собой такие величины, для измерения которых нужно использовать вспомогательные источники энергии, создающие сигнал измерительной информации;
2) аддитивные (или экстенсивные) и неаддитивные (или интенсивные) физические величины – при делении по признаку аддитивности. Считается, что первые (аддитивные) величины измеряются по частям, кроме того, их можно точно воспроизводить с помощью многозначной меры, основанной на суммировании размеров отдельных мер. А вторые (неаддитивные) величины прямо не измеряются, так как они преобразуются в непосредственное измерение величины или измерение путем косвенных измерений.
В 1791 г. Национальным собранием Франции была принята первая в истории система единиц физических величин. Она представляла собой метрическую систему мер. В нее входили: единицы длин, площадей, объемов, вместимостей и веса. А в их основу были положены две общеизвестные ныне единицы: метр и килограмм. Ряд исследователей считают, что, строго говоря, эта первая система не является системой единиц в современном понимании. И лишь в 1832 г. немецким математиком К. Гауссом была разработана и опубликована новейшая методика построения системы единиц, представляющая собой в данном контексте некую совокупность основных и производных единиц.
В основу своей методики ученый заложил три основные независимые друг от друга величины: массу, длину, время. А в качестве основных единиц измерения данных величин математик взял миллиграмм, миллиметр и секунду, поскольку все остальные единицы измерения можно с легкостью вычислить с помощью минимальных. К. Гаусс считал свою систему единиц абсолютной системой. С развитием цивилизации и научно—технического прогресса возникли еще ряд систем единиц физических величин, основанием для которых служит принцип системы Гаусса. Все эти системы построены как метрические, однако их отличием служат различные основные единицы. Так, на современном этапе развития выделяют следующие основные системы единиц физических величин:
1) система СГС (1881 г.) или Система единиц физических величин СГС, основными единицами которых являются следующие: сантиметр (см) – представленный в виде единицы длины, грамм (г) – в виде единицы массы, а также секунда (с) – в виде единицы времени;
2) система МКГСС (конец XIX в.), использующая первоначально килограмм как единицу веса, а впоследствии как единицу силы, что вызвало создание системы единиц физических величин, основными единицами которой стали три физических единицы: метр как единица длины, килограмм—сила как единица силы и секунда как единица времени;
3) система МКСА (1901 г.), основы которой были созданы итальянским ученым Дж. Джорджи, который предложил в качестве единиц системы МКСА метр, килограмм, секунду и ампер.
На сегодняшний день в мировой науке существует неисчислимое количество всевозможных систем единиц физических величин, а также немало так называемых внесистемных единиц. Это, конечно, приводит к определенным неудобствам при вычислениях, вынуждая прибегать к пересчету при переводе физических величин из одной системы единиц в другую. Сложилась ситуация, при которой возникла серьезная необходимость унификации единиц измерения. Требовалось создать такую систему единиц физических величин, которая подходила бы для большинства различных отраслей области измерений. Причем в роли главного акцента должен был звучать принцип когерентности, подразумевающий под собой, что единица коэффициента пропорциональности равна в уравнениях связи между физическими величинами. Подобный проект был создан в 1954 г. комиссией по разработке единой Международной системы единиц. Он носил название «проект Международной системы единиц» и был в конце концов утвержден Генеральной конференцией по мерам и весам. Таким образом, система, основанная на семи основных единицах, стала называться Международной системой единиц, или сокращенно СИ, что происходит от аббревиатуры французского наименования «Systeme International* (SI). Международная система единиц, или сокращенно СИ, содержит семь основных, две дополнительных, а также несколько внесистемных, логарифмических единиц измерения, что можно видеть в таблице 1.
таблица 1.

Контрольные вопросы:
Контактный метод измерения
Бесонтактный метод измерения
Понятие о физической величине. Пояснить.
Значение систем физических единиц.
Погрешность измерений. Достоверность измерений. Точность измерений. Дать определения.
ЛЕКЦИЯ 4. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ ИЛИ СИ
Решениями Генеральной конференции по мерам и весам приняты такие определения основных единиц измерения физических величин:
1) метр считается длинной пути, который проходит свет в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды;
2) килограмм считается приравненным к существующему международному прототипу килограмма;
3) секунда равна 919 2631 770 периодам излучения, соответствующего тому переходу, который происходит между двумя так называемыми сверхтонкими уровнями основного состояния атома Cs133;
4) ампер считается мерой той силы неизменяющегося тока, вызывающего на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия при условии прохождения по двум прямолинейным параллельным проводникам, обладающим такими показателями, как ничтожно малая площадь кругового сечения и бесконечная длина, а также расположение на расстоянии в 1 м друг от друга в условиях вакуума;5) кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры, так называемой тройной точки воды;
6) моль равен количеству вещества системы, в которую входит такое же количество структурных элементов, что и в атомы в C 12 массой 0,012 кг.
Кроме того, Международная система единиц содержит две достаточно важные дополнительные единицы, необходимые для измерения плоского и телесного углов. Так, единица плоского угла – это радиан, или сокращенно рад, представляющий собой угол между двух радиусов окружности, длина дуги между которыми равняется радиусу окружности. Если речь идет о градусах, то радиан равен 57°17 48 '. А стерадиан, или ср, принимаемый за единицу телесного угла, представляет собой, соответственно, телесный угол, расположение вершины которого фиксируется в центре сферы, а площадь, вырезаемая данным углом на поверхности сферы, равна площади квадрата, сторона которого равна длине радиуса сферы Другие дополнительные единицы СИ используются для формирования единиц угловой скорости, а также углового ускорения и т. д. Радиан и стерадиан используются для теоретических построений и расчетов, поскольку большая часть значимых для практики значений углов в радианах выражаются трансцендентными числами. К внесистемным единицам относятся следующие:
1) за логарифмическую единицу принята десятая часть бела, децибел (дБ);
2) диоптрия – сила света для оптических приборов;
3) реактивная мощность – Вар (ВА);
4) астрономическая единица (а. е.) – 149,6 млн км;
5) световой год, под которым понимается такое расстояние, которое луч света проходит за 1 год;
6) вместимость – литр;
7) площадь – гектар (га).
Кроме того, логарифмические единицы традиционно делят на абсолютные и относительные. Первые абсолютные логарифмические единицы – это десятичный логарифм соотношения физической величины и нормированного значения Относительная логарифмическая единица образуется как десятичный логарифм отношения любых двух однородных величин. Существуют также единицы, вообще не входящие в СИ. Это в первую очередь такие единицы, как градус и минута. Все остальные единицы считаются производными, которые согласно Международной системе единиц образуются с помощью самых простейших уравнений с использованием величин, числовые коэффициенты которых приравнены к единице. Если в уравнении числовой коэффициент равен единице, производная единица называется когерентной.
Физические величины и измерения
Объектом измерения для метрологии, как правило, являются физические величины. Физические величины используется для характеристики различных объектов, явлений и процессов. Разделяют основные и производные от основных величины. Семь основных и две дополнительных физических величины установлены в Международной системе единиц. Это длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света и сила электрического тока, дополнительные единицы – это радиан и стерадиан.
У физических величин есть качественные и количественные характеристики.
Качественное различие физических величин отражается в их размерности. Обозначение размерности установлено международным стандартом ИСО, им является символ dim*.
Таким образом, размерность длины, массы и времени:
dim*l = L,
dim*m = M,
dim*t = T.
Для производной величины размерность выражается посредством размерности основных величин и степенного одночлена:
dim*Y = L k × M 1 × T m,
где k, I, m – показатели степени размерности основных величин.
Показатель степени размерности может принимать различные значения и разные знаки, может быть как целым, так и дробным, может принимать значение ноль. Если при определении размерности производной величины все показатели степени размерности равны нулю, то основание степени, соответственно, принимает значение единицы, таким образом, величина является безразмерной.
Размерность производной величины может также определяться как отношение одноименных величин, тогда величина является относительной. Размерность относительной величины может также быть логарифмической.
Количественная характеристика объекта измерения – это его размер, полученный в результате измерения. Самый элементарный способ получить сведения о размере определенной величины объекта измерения – это сравнить его с другим объектом. Результатом такого сравнения не будет точная количественная характеристика, оно позволит лишь выяснить, какой из объектов больше (меньше) по размеру. Сравниваться могут не только два, но и большее число размеров. Если размеры объектов измерения расположить по возрастанию или по убыванию, то получится шкала порядка. Процесс сортировки и расположения размеров по возрастанию или по убыванию по шкале порядка называется ранжированием. Для удобства измерений определенные точки на шкале порядка фиксируются и называются опорными, или реперными точками Фиксированным точкам шкалы порядка могут ставиться в соответствие цифры, которые часто называют баллами.
У реперных шкал порядка есть существенный недостаток: неопределенная величина интервалов между фиксированными реперными точками.
В этом плане преимущество есть у шкалы интервалов Шкалой интервалов является, например, шкала измерения времени. Она поделена на большие интервалы – годы, большие интервалы поделены на меньшие – сутки. С помощью шкалы интервалов можно определить не только, какой из размеров больше, но и насколько один размер больше другого.
Недостаток шкалы интервалов заключается в том, что с ее помощью нельзя определить, во сколько раз данный размер больше другого, потому что на шкале интервалов зафиксирован только масштаб, а начало отсчета не фиксировано и может устанавливаться произвольно.
Самым оптимальным вариантом является шкала отношений. Шкалой отношений является, например, шкала температуры Кельвина. На данной шкале есть фиксированное начало отсчета – абсолютный ноль (температура, при которой прекращается тепловое движение молекул). Основное преимущество шкалы отношений состоит в том, что с ее помощью можно определить, во сколько раз один размер больше или меньше другого.
Размер объекта измерения может быть представлен в разных видах. Это зависит от того, на какие интервалы разбита шкала, с помощью которой измеряется данный размер. Например, время движения может быть представлено в следующих видах: T = 1 ч = 60 мин = 3600 с. Это значения измеряемой величины. 1, 60, 3600 – это числовые значения данной величины.
Значение величины может быть вычислено с помощью основного уравнения измерения, которое имеет вид:
Q = X [Q],
где Q – значение величины;
X – числовое значение данной величины в установленной для нее единице;
[Q ] – установленная для данного измерения единица.
Контрольные вопросы:
Объектом измерения для метрологии
Абсолютные логарифмические единицы. Пояснить.
Процесс ранжирования. Пояснить.
Шкала отношений.
ЛЕКЦИЯ 5. ЭТАЛОНЫ И ОБРАЗЦОВЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
Все вопросы, связанные с хранением, применением и созданием эталонов, а также контроль за их состоянием, решаются по единым правилам, установленным ГОСТом «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения» и ГОСТом «ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Порядок разработки и утверждения, регистрации, хранения и применения». Классифицируются эталоны по принципу подчиненности. По этому параметру эталоны бывают первичные и вторичные.
Первичный эталон должен служить целям обеспечения воспроизведения, хранения единицы и передачи размеров с максимальной точностью, которую можно получить в данной сфере измерений. В свою очередь, первичные могут быть специальными первичными эталонами, которые предназначены для воспроизведения единицы в условиях, когда непосредственная передача размера единицы с необходимой достоверностью практически не может быть осуществлена например для малых и больших напряжений, СВЧ и ВЧ. Их утверждают в виде государственных эталонов. Поскольку налицо особая значимость государственных эталонов, на любой государственный эталон утверждается ГОСТом. Другой задачей этого утверждения становится придание данным эталонам силы закона. На Государственный комитет по стандартам возложена обязанность создавать, утверждать, хранить и применять государственные эталоны.
Вторичный эталон воспроизводит единицу при особенных условиях, заменяя при этих условиях первичный эталон. Он создается и утверждается для целей обеспечения минимального износа государственного эталона. Вторичные эталоны могут делиться по признаку назначения. Так, выделяют:
1) эталоны—копии, предназначенные для передачи размеров единиц рабочим эталонам;
2) эталоны—сравнения, предназначенных для проверки невредимости государственного эталона, а также для целей его заменяя при условии его порчи или утраты;
3) эталоны—свидетели, предназначенные для сличения эталонов, которые по ряду различных причин не подлежат непосредственному сличению друг с другом;
4) рабочие эталоны, которые воспроизводят единицу от вторичных эталонов и служат для передачи размера эталону более низкого разряда. Вторичные эталоны создают, утверждают, хранят и применяют министерства и ведомства.
Существует также понятие «эталон единицы», под которым подразумевают одно средство или комплекс средств измерений, направленных на воспроизведение и хранение единицы для последующей трансляции ее размера нижестоящим средствам измерений, выполненных по особой спецификации и официально утвержденных в установленном порядке в качестве эталона. Есть два способа воспроизведения единиц по признаку зависимости от технико—экономических требований:
1) централизованный способ – с помощью единого для целой страны или же группы стран государственного эталона. Централизованно воспроизводятся все основные единицы и большая часть производных;
2) децентрализованный способ воспроизведения – применим к производным единицам, сведения о размере которых не передаются непосредственным сравнением с эталоном.
Трансляция размера может происходить разными методами поверки. Как правило, передача размера осуществляется известными методами измерений. С одной стороны, существует определенный недостаток передачи размера ступенчатым способом, который подразумевает, что порой происходит потеря точности. С другой стороны, есть здесь и свои положительные моменты, которые подразумевают, что данная многоступенчатость помогает оберегать эталоны и передавать размер единицы всем рабочим средствам измерения. Существует также понятие «образцовые средства измерений», которые используются для закономерной трансляции размеров единиц в процессе поверки средств измерения и используются лишь в подразделениях метрологической службы. Разряд образцового средства измерения определяется в ходе измерений метрологической аттестации одним из органов Государственного комитета по стандартам. При необходимости особо точные рабочие средства измерения в вышеуказанном порядке могут быть аттестованы на обусловленный период как образцовые средства измерения. И наоборот, образцовые средства измерения, не прошедшие очередную аттестацию по разным причинам, используются как рабочие средства измерения.
 Средства измерений и их характеристики
В научной литературе средства технических измерений делят на три большие группы. Это: меры, калибры и универсальные средства измерения, к которым относятся измерительные приборы, контрольно—измерительные приборы (КИП), и системы.
1. Мера представляет собой такое средство измерений, которое предназначается для воспроизведения физической величины положенного размера. К мерам относятся плоскопараллельные меры длины (плитка) и угловые меры.
2. Калибры представляют собой некие устройства, предназначение которых заключается в использовании для контролирования и поиска в нужных границах размеров, взаиморасположения поверхностей и формы деталей. Как правило, они подразделяются на: гладкие предельные калибры (скобы и пробки), а также резьбовые калибры, к которым относятся резьбовые кольца или скобы, резьбовые пробки и т. п.
3. Измерительный прибор, представленный в виде устройства, вырабатывающего сигнал измерительной информации в форме, понятной для восприятия наблюдателей.
4. Измерительная система, понимаемая как некая совокупность средств измерений и неких вспомогательных устройств, которые соединяются между собой каналами связи. Она предназначена для производства сигналов информации измерений в некой форме, которая подходит для автоматической обработки, а также для трансляции и применения в автоматических системах управления.
5. Универсальные средства измерения, предназначение которых находится в использовании для определения действительных размеров. Любое универсальное измерительное средство характеризуется назначением, принципом действия, т. е физическим принципом, положенным в основу его построения, особенностями конструкции и метрологическими характеристиками.
При контрольном измерении угловых и линейных показателей применяют прямые измерения, реже встречаются относительные, косвенные или совокупные измерения. В научной литературе среди прямых методов измерений выделяют, как правило, следующие:
1) метод непосредственной оценки, представляющий собой такой метод, при котором значение величины определяют по отсчетному устройству измерительного прибора;
2) метод сравнения с мерой, под которым понимается метод, при котором данную величину возможно сравнить с величиной, воспроизводимой мерой;
3) метод дополнения, под которым обычно подразумевается метод, когда значение полученной величины дополняется мерой этой же величины с тем, чтобы на используемый прибор для сравнения действовала их сумма, равная заранее заданному значению;
4) дифференциальный метод, который характеризуется измерением разности между данной величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. Метод дает результат с достаточно высоким показателем точности при применении грубых средств измерения;
5) нулевой метод, который, по сути, аналогичен дифференциальному, но разность между данной величиной и мерой сводится к нулю. Причем нулевой метод обладает определенным преимуществом, поскольку мера может быть во много раз меньше измеряемой величины;
6) метод замещения, представляющий собой сравнительный метод с мерой, в которой измеряемую величину заменяют известной величиной, которая воспроизводится мерой. Вспомним о том, что существуют и нестандартизованные методы. В эту группу, как правило, включают следующие:
1) метод противопоставления, подразумевающий под собой такой метод, при котором данная величина, а также величина, воспроизводимая мерой, в одно и то же время действуют на прибор сравнения;
2) метод совпадений, характеризующийся как метод, при котором разность между сравниваемыми величинами измеряют, используя совпадение меток на шкалах или периодических сигналов.
Контрольные вопросы:
Эталоны единиц физических величин.
Измерительные приборы прямого действия. Назначения
Измерительный прибор сравнения. Назначения
Средства измерений и их характеристики. Привести примеры. Охарактеризовать.
ЛЕКЦИЯ 6. КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ
Средство измерения (СИ) – это техническое средство или совокупность средств, применяющееся для осуществления измерений и обладающее нормированными метрологическими характеристиками. При помощи средств измерения физическая величина может быть не только обнаружена, но и измерена.
Средства измерения классифицируются по следующим критериям:
1) по способам конструктивной реализации;
2) по метрологическому предназначению.
По способам конструктивной реализации средства измерения делятся на:
1) меры величины;
2) измерительные преобразователи;
3) измерительные приборы;
4) измерительные установки;
5) измерительные системы.
Меры величины – это средства измерения определенного фиксированного размера, многократно используемые для измерения. Выделяют:
1) однозначные меры;
2) многозначные меры;
3) наборы мер.
Некоторое количество мер, технически представляющее собой единое устройство, в рамках которого возможно по-разному комбинировать имеющиеся меры, называют магазином мер.
Объект измерения сравнивается с мерой посредством компараторов (технических приспособлений). Например, компаратором являются рычажные весы.
К однозначным мерам принадлежат стандартные образцы (СО). Различают два вида стандартных образцов:
1) стандартные образцы состава;
2) стандартные образцы свойств.
Стандартный образец состава или материала – это образец с фиксированными значениями величин, количественно отражающих содержание в веществе или материале всех его составных частей.
Стандартный образец свойств вещества или материала – это образец с фиксированными значениями величин, отражающих свойства вещества или материала (физические, биологические и др.).
Каждый стандартный образец в обязательном порядке должен пройти метрологическую аттестацию в органах метрологической службы, прежде чем начнет использоваться.
Стандартные образцы могут применяться на разных уровнях и в разных сферах. Выделяют:
1) межгосударственные СО;
2) государственные СО;
3) отраслевые СО;
4) СО организации (предприятия).
Измерительные преобразователи (ИП) – это средства измерения, выражающие измеряемую величину через другую величину или преобразующие ее в сигнал измерительной информации, который в дальнейшем можно обрабатывать, преобразовывать и хранить. Измерительные преобразователи могут преобразовывать измеряемую величину по-разному. Выделяют:
1) аналоговые преобразователи (АП);
2) цифроаналоговые преобразователи (ЦАП);
3) аналого—цифровые преобразователи (АЦП). Измерительные преобразователи могут занимать различные позиции в цепи измерения. Выделяют:
1) первичные измерительные преобразователи, которые непосредственно контактируют с объектом измерения;
2) промежуточные измерительные преобразователи, которые располагаются после первичных преобразователей. Первичный измерительный преобразователь технически обособлен, от него поступают в измерительную цепь сигналы, содержащие измерительную информацию. Первичный измерительный преобразователь является датчиком. Конструктивно датчик может быть расположен довольно далеко от следующего промежуточного средства измерения, которое должно принимать его сигналы.
Обязательными свойствами измерительного преобразователя являются нормированные метрологические свойства и вхождение в цепь измерения.
Измерительный прибор – это средство измерения, посредством которого получается значение физической величины, принадлежащее фиксированному диапазону. В конструкции прибора обычно присутствует устройство, преобразующее измеряемую величину с ее индикациями в оптимально удобную для понимания форму. Для вывода измерительной информации в конструкции прибора используется, например, шкала со стрелкой или цифроуказатель, посредством которых и осуществляется регистрация значения измеряемой величины. В некоторых случаях измерительный прибор синхронизируют с компьютером, и тогда вывод измерительной информации производится на дисплей.
В соответствии с методом определения значения измеряемой величины выделяют:
1) измерительные приборы прямого действия;
2) измерительные приборы сравнения.
Измерительные приборы прямого действия – это приборы, посредством которых можно получить значение измеряемой величины непосредственно на отсчетном устройстве.
Измерительный прибор сравнения – это прибор, посредством которого значение измеряемой величины получается при помощи сравнения с известной величиной, соответствующей ее мере.
Измерительные приборы могут осуществлять индикацию измеряемой величины по—разному. Выделяют:
1) показывающие измерительные приборы;
2) регистрирующие измерительные приборы.
Разница между ними в том, что с помощью показывающего измерительного прибора можно только считывать значения измеряемой величины, а конструкция регистрирующего измерительного прибора позволяет еще и фиксировать результаты измерения, например посредством диаграммы или нанесения на какой—либо носитель информации.
Отсчетное устройство – конструктивно обособленная часть средства измерений, которая предназначена для отсчета показаний. Отсчетное устройство может быть представлено шкалой, указателем, дисплеем и др. Отсчетные устройства делятся на:
1) шкальные отсчетные устройства;
2) цифровые отсчетные устройства;
3) регистрирующие отсчетные устройства. Шкальные отсчетные устройства включают в себя шкалу и указатель.
Шкала – это система отметок и соответствующих им последовательных числовых значений измеряемой величины. Главные характеристики шкалы:
1) количество делений на шкале;
2) длина деления;
3) цена деления;
4) диапазон показаний;
5) диапазон измерений;
6) пределы измерений.
Деление шкалы – это расстояние от одной отметки шкалы до соседней отметки.
Длина деления – это расстояние от одной осевой до следующей по воображаемой линии, которая проходит через центры самых маленьких отметок данной шкалы.
Цена деления шкалы – это разность между значениями двух соседних значений на данной шкале.
Диапазон показаний шкалы – это область значений шкалы, нижней границей которой является начальное значение данной шкалы, а верхней – конечное значение данной шкалы.
Диапазон измерений – это область значений величин в пределах которой установлена нормированная предельно допустимая погрешность.
Пределы измерений – это минимальное и максимальное значение диапазона измерений.
Практически равномерная шкала – это шкала, у которой цены делений разнятся не больше чем на 13 % и которая обладает фиксированной ценой деления.
Существенно неравномерная шкала – это шкала, у которой деления сужаются и для делений которой значение выходного сигнала является половиной суммы пределов диапазона измерений.
Выделяют следующие виды шкал измерительных приборов:
1) односторонняя шкала;
2) двусторонняя шкала;
3) симметричная шкала;
4) безнулевая шкала.
Односторонняя шкала – это шкала, у которой ноль располагается в начале.
Двусторонняя шкала – это шкала, у которой ноль располагается не в начале шкалы.
Симметричная шкала – это шкала, у которой ноль располагается в центре.
Измерительная установка – это средство измерения, представляющее собой комплекс мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, используемые для измерения фиксированного количества физических величин и собранные в одном месте. В случае, если измерительная установка используется для испытаний изделий, она является испытательным стендом.
Измерительная система – это средство измерения, представляющее собой объединение мер, ИП, измерительных приборов и прочее, выполняющих схожие функции, находящихся в разных частях определенного пространства и предназначенных для измерения определенного числа физических величин в данном пространстве.
По метрологическому предназначению средства измерения делятся на:
1) рабочие средства измерения;
2) эталоны.
Рабочие средства измерения (РСИ) – это средства измерения, используемые для осуществления технических измерений. Рабочие средства измерения могут использоваться в разных условиях. Выделяют:
1) лабораторные средства измерения, которые применяются при проведении научных исследований;
2) производственные средства измерения, которые применяются при осуществлении контроля над протеканием различных технологических процессов и качеством продукции;
3) полевые средства измерения, которые применяются в процессе эксплуатации самолетов, автомобилей и других технических устройств.
К каждому отдельному виду рабочих средств измерения предъявляются определенные требования. Требования к лабораторным рабочим средствам измерения – это высокая степень точности и чувствительности, к производственным РСИ – высокая степень устойчивости к вибрациям, ударам, перепадам температуры, к полевым РСИ – устойчивость и исправная работа в различных температурных условиях, устойчивость к высокому уровню влажности.Эталоны – это средства измерения с высокой степенью точности, применяющиеся в метрологических исследованиях для передачи сведений о размере единицы. Более точные средства измерения передают сведения о размере единицы и так далее, таким образом образуется своеобразная цепочка, в каждом следующем звене которой точность этих сведений чуть меньше, чем в предыдущем.
Сведения о размере единицы предаются во время проверки средств измерения. Проверка средств измерения осуществляется с целью утверждения их пригодности.
Контрольные вопросы:
Эталоны.
Диапазон измерения.
Измерительная система. Пояснить.
Измерительная установка.
Виды шкал. Привести примеры. Пояснить.
ЛЕКЦИЯ 7. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ НОРМИРОВАНИЕ
Метрологические свойства средств измерения – это свойства, оказывающие непосредственное влияние на результаты проводимых этими средствами измерений и на погрешность этих измерений.
Количественно—метрологические свойства характеризуются показателями метрологических свойств, которые являются их метрологическими характеристиками.
Утвержденные НД метрологические характеристики являются нормируемыми метрологическими характеристиками Метрологические свойства средств измерения подразделяются на:
1) свойства, устанавливающие сферу применения средств измерения:
2) свойства, определяющие прецизионность и правильность полученных результатов измерения.
Свойства, устанавливающие сферу применения средств измерения, определяются следующими метрологическими характеристиками:
1) диапазоном измерений;
2) порогом чувствительности.
Диапазон измерений – это диапазон значений величины, в котором нормированы предельные значения погрешностей. Нижнюю и верхнюю (правую и левую) границу измерений называют нижним и верхним пределом измерений.
Порог чувствительности – это минимальное значение измеряемой величины, способное стать причиной заметного искажения получаемого сигнала.
Свойства, определяющие прецизионность и правильность полученных результатов измерения, определяются следующими метрологическими характеристиками:
1) правильность результатов;
2) прецизионность результатов.
Точность результатов, полученных некими средствами измерения, определяется их погрешностью.
Погрешность средств измерения – это разность между результатом измерения величины и настоящим (действительным) значением этой величины. Для рабочего средства измерения настоящим (действительным) значением измеряемой величины считается показание рабочего эталона более низкого разряда. Таким образом, базой сравнения является значение, показанное средством измерения, стоящим выше в поверочной схеме, чем проверяемое средство измерения.
ΔQn =Qn −Q0,
где ΔQn – погрешность проверяемого средства измерения;
Qn – значение некой величины, полученное с помощью проверяемого средства измерения;
Q0 – значение той же самой величины, принятое за базу сравнения (настоящее значение).
Нормирование метрологических характеристик – это регламентирование пределов отклонений значений реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Главная цель нормирования метрологических характеристик – это обеспечение их взаимозаменяемости и единства измерений. Значения реальных метрологических характеристик устанавливаются в процессе производства средств измерения, в дальнейшем во время эксплуатации средств измерения эти значения должны проверятся. В случае, если одна или несколько нормированных метрологических характеристик выходит из регламентированных пределов, средство измерения должно быть либо немедленно отрегулировано, либо изъято из эксплуатации.
Значения метрологических характеристик регламентируются соответствующими стандартами средств измерения. Причем метрологические характеристики нормируются раздельно для нормальных и рабочих условий применения средств измерения. Нормальные условия применения – это условия, в которых изменениями метрологических характеристик, обусловленными воздействием внешних факторов (внешние магнитные поля, влажность, температура), можно пренебречь. Рабочие условия – это условия, в которых изменение влияющих величин имеет более широкий диапазон.
Метрологическое обеспечение, его основы
Метрологическое обеспечение, или сокращенно МО, представляет собой такое установление и использование научных и организационных основ, а также ряда технических средств, норм и правил, нужных для соблюдения принципа единства и требуемой точности измерений. На сегодняшний день развитие МО движется в направлении перехода от существовавшей узкой задачи обеспечения единства и требуемой точности измерений к новой задаче обеспечения качества измерений Смысл понятия «метрологическое обеспечение» расшифровывается по отношению к измерениям (испытанию, контролю) в целом. Однако данный термин применим и в виде понятия «метрологическое обеспечение технологического процесса (производства, организации)», которое подразумевает МО измерений (испытаний или контроля) в данном процессе, производстве, организации. Объектом МО можно считать все стадии жизненного цикла (ЖЦ) изделия (продукции) или услуги, где жизненный цикл воспринимается как некая совокупность последовательных взаимосвязанных процессов создания и изменения состояния продукции от формулирования исходных требований к ней до окончания эксплуатации или потребления. Нередко на этапе разработки продукции для достижения высокого качества изделия производится выбор контролируемых параметров, норм точности, допусков, средств измерения, контроля и испытания. А в процессе разработки МО желательно использовать системный подход, при котором указанное обеспечение рассматривается как некая совокупности взаимосвязанных процессов, объединенных одной целью. Этой целью является достижение требуемого качества измерений. В научной литературе выделяют, как правило, целый ряд подобных процессов:
1) установление номенклатуры измеряемых параметров, а также наиболее подходящих норм точности при контроле качества продукции и управлении процессами;
2) технико—экономическое обоснование и выбор СИ, испытаний и контроля и установление их рациональной номенклатуры;
3) стандартизация, унификация и агрегатирование используемой контрольно—измерительной техники;
4) разработка, внедрение и аттестация современных методик выполнения измерения, испытаний и контроля (МВИ);
5) поверка, метрологическая аттестация и калибровки КИО или контрольно—измерительного, а также испытательного оборудования, применяемого на предприятии;
6) контроль за производством, состоянием, применением и ремонтом КИО, а также за точным следованием правил метрологии и норм на предприятии;
7) участие в процессе создания и внедрения стандартов предприятия;
8) внедрение международных, государственных, отраслевых стандартов, а также иных нормативных документов Госстандарта;
9) проведение метрологической экспертизы проектов конструкторской, технологической и нормативной документации;
10) проведение анализа состояния измерений, разработка на его основе и проведение различных мероприятий по улучшению МО;
11) подготовка работников соответствующих служб и подразделений предприятия к выполнению контрольно—измерительных операций.
Организация и проведение всех мероприятий МО является прерогативой метрологических служб. В основе метрологического обеспечения лежат четыре пласта. Собственно, они и носят в научной литературе аналогичное название – основы. Итак, это научная, организационная, нормативная и техническая основы. Особое внимание хотелось бы обратить на организационные основы метрологического обеспечения. К организационным службам метрологического обеспечения относят Государственную метрологическую службу и Ведомственную метрологическую службу.
Государственная метрологическая служба, или сокращенно ГМС несет ответственность за обеспечение метрологических измерений в России на межотраслевом уровне, а также проводит контрольные и надзорные мероприятия в области метрологии. В состав ГМС входят:
1) государственные научные метрологические центры (ГНМЦ), метрологические научно—исследовательские институты, отвечающие согласно законодательной базе за вопросы применения, хранения и создания государственных эталонов и разработку нормативных актов по вопросам поддержания единства измерений в закрепленном виде измерений;
2) органы ГМС на территории республик, входящих в состав РК, органы автономных областей, органы автономных округов, областей, краев, городов Москвы и Санкт—Петербурга.
Основная деятельность органов ГМС направлена на обеспечение единства измерений в стране. Она включает создание государственных и вторичных эталонов, разработку систем передачи размеров единиц ФВ рабочим СИ, государственный надзор за состоянием, применением, производством, ремонтом СИ, метрологическую экспертизу документации и важнейших видов продукции, методическое руководство МС юридических лиц. Руководство ГМС осуществляет Госстандарт.
Ведомственная метрологическая служба, которая согласно положениям Закона «Об обеспечении единства измерений» может быть создана на предприятии для обеспечения МО Во главе ее должен находиться представитель администрации, обладающий соответствующими знаниями и полномочиями При проведении мероприятий в сферах, предусмотренных ст 13 указанного Закона, создание метрологической службы является обязательным. В числе подобных сфер деятельности можно назвать:
1) здравоохранение, ветеринария, охрана окружающей среды, поддержание безопасности труда;
2) торговые операции и взаиморасчеты между продавцами и покупателями, в которые включаются, как правило, операции с использованием игровых автоматов и других устройств;
3) государственные учетные операции;
4) оборона государства;
5) геодезические и гидрометеорологические работы;
6) банковские, таможенные, налоговые и почтовые операции;
7) производство продукции, поставляемой по контрактам для нужд государства в согласии с законодательной базой РК;
8) контролирование и испытания качества продукции для обеспечения соответствия обязательным требованиям государственных стандартов РК;
9) сертификация товаров и услуг в обязательном порядке;
10) измерения, проводимые по поручению ряда госорганов: суда, арбитража, прокуратуры, государственных органов управления РК;
11) регистрационная деятельность, связанная с национальными или международными рекордами в сфере спорта. Метрологическая служба государственного органа управления подразумевает в своем составе следующие компоненты:
1) структурные подразделения главного метролога в составе центрального аппарата госоргана;
2) головные и базовые организации метрологических служб в отраслях и подотраслях, назначаемые органом управления;
3) метрологическая служба предприятий, объединений, организаций и учреждений.
Другим важнейшим разделом МО являются его научные и методические основы. Так, основным компонентом данных основ становятся Государственные научные метрологические центры (ГНМЦ), которые создаются из состава находящихся в ведении Госстандарта предприятий и организаций или их структурных подразделений, выполняющих различные операции по вопросам создания, хранения, улучшения, применения и хранения госэталонов единиц величин, а, кроме того, разрабатывающих нормативные правила для целей обеспечения единства измерений, имея в своем составе высококвалифицированные кадры. Присвоение какому—либо предприятию статуса ГНМЦ, как правило, не влияет на форму его собственности и организационно—правовые формы, а означает лишь причисление их к группе объектов, обладающих особенными формами господдержки. Основными функциями ГНМЦ являются следующие:
1) создание, совершенствование, применение и хранение госэталонов единиц величин;
2) проведение прикладных и фундаментальных научно—исследовательских и конструкторских разработок в сфере метрологии, в число которых можно включить и создание различных опытно—экспериментальных установок, исходных мер и шкал для обеспечения единства измерений;
3) передача от госэталонов исходных данных о размерах единиц величин;
4) проведение государственных испытаний средств измерений;
5) разработка оборудования, требующегося для ГМС;
6) разработка и совершенствование нормативных, организационных, экономических и научных основ деятельности, направленной на обеспечение единства измерений в зависимости от специализации;
7) взаимодействие с метрологической службой федеральных органов исполнительной власти, организаций и предприятий, обладающих статусом юридического лица;
8) обеспечение информацией по поводу единства измерений предприятий и организаций
9) организация различных мероприятий, связанных с деятельностью ГСВЧ, ГСССД и ГССО;
10) проведение экспертизы разделов МО федеральных и иных программ;
11) организация метрологической экспертизы и измерений по просьбе ряда государственных органов: суда, арбитража, прокуратуры или федеральных органов исполнительной власти;
12) подготовка и переподготовка высококвалифицированных кадров;
13) участие в сопоставлении госэталонов с эталонами национальными, наличествующими в ряду зарубежных государств, а также участие в разработке международных норм и правил.
Важным компонентом основы МО являются, как было сказано выше, методические инструкции и руководящие документы, под которыми подразумеваются нормативные документы методического содержания, разрабатываются организациями, подведомственными Госстандарту РК. Так, в сфере научных и методических основ метрологического обеспечения Госстандарт РК организует:
1) проведение научно—исследовательских мероприятий и опытно—конструкторских работ в закрепленных областях деятельности, а также устанавливает правила проведения работ по метрологии, стандартизации, аккредитации и сертификации, а также по госконтролю и надзору в подведомственных областях, осуществляет методическое руководство этими работами;
2) осуществляет методическое руководство обучением в областях метрологии, сертификации и стандартизации, устанавливает требования к степени квалификации и компетентности персонала. Организует подготовку, переподготовку и повышение квалификации специалистов.
Контрольные вопросы:
Метрологические свойства средств измерения
Перечислите метрологические характеристики средств измерений
Диапазон измерений.
Что такое порог чувствительности?
Что означает нормирование метрологических характеристик ?ЛЕКЦИЯ 8. ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ
В практике использования измерений очень важным показателем становится их точность, которая представляет собой ту степень близости итогов измерения к некоторому действительному значению, которая используется для качественного сравнения измерительных операций. А в качестве количественной оценки, как правило, используется погрешность измерений. Причем чем погрешность меньше, тем считается выше точность.
Согласно закону теории погрешностей, если необходимо повысить точность результата (при исключенной систематической погрешности) в 2 раза, то число измерений необходимо увеличить в 4 раза; если требуется увеличить точность в 3 раза, то число измерений увеличивают в 9 раз и т. д.
Процесс оценки погрешности измерений считается одним из важнейших мероприятий в вопросе обеспечения единства измерений. Естественно, что факторов, оказывающих влияние на точность измерения, существует огромное множество. Следовательно, любая классификация погрешностей измерения достаточно условна, поскольку нередко в зависимости от условий измерительного процесса погрешности могут проявляться в различных группах. При этом согласно принципу зависимости от формы данные выражения погрешности измерения могут быть: абсолютными, относительными и приведенными.
Кроме того, по признаку зависимости от характера проявления, причин возникновения и возможностей устранения погрешности измерений могут быть составляющими При этом различают следующие составляющие погрешности: систематические и случайные.
Систематическая составляющая остается постоянной или меняется при следующих измерениях того же самого параметра.
Случайная составляющая изменяется при повторных изменениях того же самого параметра случайным образом. Обе составляющие погрешности измерения (и случайная, и систематическая) проявляются одновременно. Причем значение случайной погрешности не известно заранее, поскольку оно может возникать из-за целого ряда неуточненных факторов Данный вид погрешности нельзя исключить полностью, однако их влияние можно несколько уменьшить, обрабатывая результаты измерений.
Систематическая погрешность, и в этом ее особенность, если сравнивать ее со случайной погрешностью, которая выявляется вне зависимости от своих источников, рассматривается по составляющим в связи с источниками возникновения.
Составляющие погрешности могут также делиться на: методическую, инструментальную и субъективную. Субъективные систематические погрешности связаны с индивидуальными особенностями оператора. Такая погрешность может возникать из-за ошибок в отсчете показаний или неопытности оператора. В основном же систематические погрешности возникают из-за методической и инструментальной составляющих. Методическая составляющая погрешности определяется несовершенством метода измерения, приемами использования СИ, некорректностью расчетных формул и округления результатов. Инструментальная составляющая появляется из-за собственной погрешности СИ, определяемой классом точности, влиянием СИ на итог и разрешающей способности СИ. Есть также такое понятие, как «грубые погрешности или промахи», которые могут появляться из-за ошибочных действий оператора, неисправности СИ или непредвиденных изменений ситуации измерений. Такие погрешности, как правило, обнаруживаются в процессе рассмотрения результатов измерений с помощью специальных критериев. Важным элементом данной классификации является профилактика погрешности, понимаемая как наиболее рациональный способ снижения погрешности, заключается в устранении влияния какого-либо фактора.
Виды погрешностей
Выделяют следующие виды погрешностей:
1) абсолютная погрешность;
2) относительна погрешность;
3) приведенная погрешность;
4) основная погрешность;
5) дополнительная погрешность;
6) систематическая погрешность;
7) случайная погрешность;
8) инструментальная погрешность;
9) методическая погрешность;
10) личная погрешность;
11) статическая погрешность;
12) динамическая погрешность.
Погрешности измерений классифицируются по следующим признакам.
По способу математического выражения погрешности делятся на абсолютные погрешности и относительные погрешности.
По взаимодействию изменений во времени и входной величины погрешности делятся на статические погрешности и динамические погрешности.
По характеру появления погрешности делятся на систематические погрешности и случайные погрешности.
По характеру зависимости погрешности от влияющих величин погрешности делятся на основные и дополнительные.
По характеру зависимости погрешности от входной величины погрешности делятся на аддитивные и мультипликативные.
Абсолютная погрешность – это значение, вычисляемое как разность между значением величины, полученным в процессе измерений, и настоящим (действительным) значением данной величины.
Абсолютная погрешность вычисляется по следующей формуле:
ΔQn =Qn −Q0 , где ΔQn – абсолютная погрешность;
Q n – значение некой величины, полученное в процессе измерения;
Q 0 – значение той же самой величины, принятое за базу сравнения (настоящее значение).
Абсолютная погрешность меры – это значение, вычисляемое как разность между числом, являющимся номинальным значением меры, и настоящим (действительным) значением воспроизводимой мерой величины.
Относительная погрешность – это число, отражающее степень точности измерения.
Относительная погрешность вычисляется по следующей формуле:

где ΔQ– абсолютная погрешность;
Q 0 – настоящее (действительное) значение измеряемой величины.
Относительная погрешность выражается в процентах.
Приведенная погрешность – это значение, вычисляемое как отношение значения абсолютной погрешности к нормирующему значению.
Нормирующее значение определяется следующим образом:
1) для средств измерений, для которых утверждено номинальное значение, это номинальное значение принимается за нормирующее значение;
2) для средств измерений, у которых нулевое значение располагается на краю шкалы измерения или вне шкалы, нормирующее значение принимается равным конечному значению из диапазона измерений. Исключением являются средства измерений с существенно неравномерной шкалой измерения;
3) для средств измерений, у которых нулевая отметка располагается внутри диапазона измерений, нормирующее значение принимается равным сумме конечных численных значений диапазона измерений;
4) для средств измерения (измерительных приборов), у которых шкала неравномерна, нормирующее значение принимается равным целой длине шкалы измерения или длине той ее части, которая соответствует диапазону измерения. Абсолютная погрешность тогда выражается в единицах длины.
Погрешность измерения включает в себя инструментальную погрешность, методическую погрешность и погрешность отсчитывания. Причем погрешность отсчитывания возникает по причине неточности определения долей деления шкалы измерения.
Инструментальная погрешность – это погрешность, возникающая из-за допущенных в процессе изготовления функциональных частей средств измерения ошибок.
Методическая погрешность – это погрешность, возникающая по следующим причинам:
1) неточность построения модели физического процесса, на котором базируется средство измерения;
2) неверное применение средств измерений.
Субъективная погрешность – это погрешность возникающая из-за низкой степени квалификации оператора средства измерений, а также из-за погрешности зрительных органов человека, т. е. причиной возникновения субъективной погрешности является человеческий фактор.
Погрешности по взаимодействию изменений во времени и входной величины делятся на статические и динамические погрешности.
Статическая погрешность – это погрешность, которая возникает в процессе измерения постоянной (не изменяющейся во времени) величины.
Динамическая погрешность – это погрешность, численное значение которой вычисляется как разность между погрешностью, возникающей при измерении непостоянной (переменной во времени) величины, и статической погрешностью (погрешностью значения измеряемой величины в определенный момент времени).
По характеру зависимости погрешности от влияющих величин погрешности делятся на основные и дополнительные.
Основная погрешность – это погрешность, полученная в нормальных условиях эксплуатации средства измерений (при нормальных значениях влияющих величин).
Дополнительная погрешность – это погрешность, которая возникает в условиях несоответствия значений влияющих величин их нормальным значениям, или если влияющая величина переходит границы области нормальных значений.
Нормальные условия – это условия, в которых все значения влияющих величин являются нормальными либо не выходят за границы области нормальных значений.
Рабочие условия – это условия, в которых изменение влияющих величин имеет более широкий диапазон (значения влияющих не выходят за границы рабочей области значений).
Рабочая область значений влияющей величины – это область значений, в которой проводится нормирование значений дополнительной погрешности.
По характеру зависимости погрешности от входной величины погрешности делятся на аддитивные и мультипликативные.
Аддитивная погрешность – это погрешность, возникающая по причине суммирования численных значений и не зависящая от значения измеряемой величины, взятого по модулю (абсолютного).
Мультипликативная погрешность – это погрешность, изменяющаяся вместе с изменением значений величины, подвергающейся измерениям.
Надо заметить, что значение абсолютной аддитивной погрешности не связано со значением измеряемой величины и чувствительностью средства измерений. Абсолютные аддитивные погрешности неизменны на всем диапазоне измерений.
Значение абсолютной аддитивной погрешности определяет минимальное значение величины, которое может быть измерено средством измерений.
Значения мультипликативных погрешностей изменяются пропорционально изменениям значений измеряемой величины. Значения мультипликативных погрешностей также пропорциональны чувствительности средства измерений Мультипликативная погрешность возникает из-за воздействия влияющих величин на параметрические характеристики элементов прибора.
Погрешности, которые могут возникнуть в процессе измерений, классифицируют по характеру появления. Выделяют:
1) систематические погрешности;
2) случайные погрешности.
В процессе измерения могут также появиться грубые погрешности и промахи.
Систематическая погрешность – это составная часть всей погрешности результата измерения, не изменяющаяся или изменяющаяся закономерно при многократных измерениях одной и той же величины. Обычно систематическую погрешность пытаются исключить возможными способами (например, применением методов измерения, снижающих вероятность ее возникновения), если же систематическую погрешность невозможно исключить, то ее просчитывают до начала измерений и в результат измерения вносятся соответствующие поправки. В процессе нормирования систематической погрешности определяются границы ее допустимых значений. Систематическая погрешность определяет правильность измерений средств измерения (метрологическое свойство).
Систематические погрешности в ряде случаев можно определить экспериментальным путем. Результат измерений тогда можно уточнить посредством введения поправки.
Способы исключения систематических погрешностей делятся на четыре вида:
1) ликвидация причин и источников погрешностей до начала проведения измерений;
2) устранение погрешностей в процессе уже начатого измерения способами замещения, компенсации погрешностей по знаку, противопоставлениям, симметричных наблюдений;
3) корректировка результатов измерения посредством внесения поправки (устранение погрешности путем вычислений);
4) определение пределов систематической погрешности в случае, если ее нельзя устранить.
Ликвидация причин и источников погрешностей до начала проведения измерений. Данный способ является самым оптимальным вариантом, так как его использование упрощает дальнейший ход измерений (нет необходимости исключать погрешности в процессе уже начатого измерения или вносить поправки в полученный результат).
Для устранения систематических погрешностей в процессе уже начатого измерения применяются различные способы
Способ введения поправок базируется на знании систематической погрешности и действующих закономерностей ее изменения. При использовании данного способа в результат измерения, полученный с систематическими погрешностями, вносят поправки, по величине равные этим погрешностям, но обратные по знаку.
Способ замещения состоит в том, что измеряемая величина заменяется мерой, помещенной в те же самые условия, в которых находился объект измерения. Способ замещения применяется при измерении следующих электрических параметров: сопротивления, емкости и индуктивности.
Способ компенсации погрешности по знаку состоит в том, что измерения выполняются два раза таким образом, чтобы погрешность, неизвестная по величине, включалась в результаты измерений с противоположным знаком.
Способ противопоставления похож на способ компенсации по знаку. Данный способ состоит в том, что измерения выполняют два раза таким образом, чтобы источник погрешности при первом измерении противоположным образом действовал на результат второго измерения.
Случайная погрешность – это составная часть погрешности результата измерения, изменяющаяся случайно, незакономерно при проведении повторных измерений одной и той же величины. Появление случайной погрешности нельзя предвидеть и предугадать. Случайную погрешность невозможно полностью устранить, она всегда в некоторой степени искажает конечные результаты измерений. Но можно сделать результат измерения более точным за счет проведения повторных измерений. Причиной случайной погрешности может стать, например, случайное изменение внешних факторов, воздействующих на процесс измерения. Случайная погрешность при проведении многократных измерений с достаточно большой степенью точности приводит к рассеянию результатов.
Промахи и грубые погрешности – это погрешности, намного превышающие предполагаемые в данных условиях проведения измерений систематические и случайные погрешности. Промахи и грубые погрешности могут появляться из—за грубых ошибок в процессе проведения измерения, технической неисправности средства измерения, неожиданного изменения внешних условий.
Контрольные вопросы:
Что такое абсолютная погрешность?
Что такое относительна погрешность?
Что такое приведенная погрешность?
Что такое основная погрешность?
Что такое дополнительная погрешность?
Что такое систематическая погрешность?
Что такое случайная погрешность?
Что такое инструментальная погрешность?
Что такое методическая погрешность?
Что такое личная погрешность?
Что такое статическая погрешность?
Что такое динамическая погрешность?
ЛЕКЦИЯ 9. КАЧЕСТВО ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Качество измерительного прибора – это уровень соответствия прибора своему прямому предназначению. Следовательно, качество измерительного прибора определяется тем, насколько при использовании измерительного прибора достигается цель измерения.
Главная цель измерения – это получение достоверных и точных сведений об объекте измерений.
Для того чтобы определить качество прибора, необходимо рассмотреть следующие его характеристики:
1) постоянную прибора;
2) чувствительность прибора;
3) порог чувствительности измерительного прибора;
4) точность измерительного прибора.
Постоянная прибора – это некоторое число, умножаемое на отсчет с целью получения искомого значения измеряемой величины, т. е. показания прибора. Постоянная прибора в некоторых случаях устанавливается как цена деления шкалы, которая представляет собой значение измеряемой величины, соответствующее одному делению.
Чувствительность прибора – это число, в числителе которого стоит величина линейного или углового перемещения указателя (если речь идет о цифровом измерительном приборе, то в числителе будет изменение численного значения, а в знаменателе – изменение измеряемой величины, которое вызвало данное перемещение (или изменение численного значения)).
Порог чувствительности измерительного прибора – число, являющееся минимальным значением измеряемой величины, которое может зафиксировать прибор.
Точность измерительного прибора – это характеристика, выражающая степень соответствия результатов измерения настоящему значению измеряемой величины. Точность измерительного прибора определяется посредством установления нижнего и верхнего пределов максимально возможной погрешности.
Практикуется подразделение приборов на классы точности, основанное на величине допустимой погрешности.
Класс точности средств измерений – это обобщающая характеристика средств измерений, которая определяется границами основных и дополнительных допускаемых погрешностей и другими, определяющими точность характеристиками Классы точности определенного вида средств измерений утверждаются в нормативной документации. Причем для каждого отдельного класса точности утверждаются определенные требования к метрологическим характеристикам Объединение установленных метрологических характеристик определяет степень точности средства измерений, принадлежащего к данному классу точности.
Класс точности средства измерений определяется в процессе его разработки. Так как в процессе эксплуатации метрологические характеристики как правило ухудшаются, можно по результатам проведенной калибровки (поверки) средства измерений понижать его класс точности.
Погрешности средств измерений
Погрешности средств измерений классифицируются по следующим критериям:
1) по способу выражения;
2) по характеру проявления;
3) по отношению к условиям применения. По способу выражения выделяют абсолютную и относительную погрешности.
Абсолютная погрешность вычисляется по формуле:
ΔQn =Qn −Q0
где ΔQ n – абсолютная погрешность проверяемого средства измерения;
Q n – значение некой величины, полученное с помощью проверяемого средства измерения;
Q 0 – значение той же самой величины, принятое за базу сравнения (настоящее значение).
Относительная погрешность – это число, отражающее степень точности средства измерения. Относительная погрешность вычисляется по следующей формуле:

где ΔQ – абсолютная погрешность;
Q 0 – настоящее (действительное) значение измеряемой величины.
Относительная погрешность выражается в процентах.
По характеру проявления погрешности подразделяют на случайные и систематические.
По отношению к условиям применения погрешности подразделяются на основные и дополнительные.
Основная погрешность средств измерения – это погрешность, которая определяется в том случае, если средства измерения применяются в нормальных условиях.
Дополнительная погрешность средств измерения – это составная часть погрешности средства измерения, возникающая дополнительно, если какая—либо из влияющих величин выйдет за пределы своего нормального значения.
Контрольные вопросы:
Дайте определение качеству измерительного прибора
Постоянная прибора. Определение.
Чувствительность прибора. Определение.
Класс точности средств измерений. Привести примеры. Пояснить.
Что такое порог чувствительности измерительного прибора ?ЛЕКЦИЯ 10. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Метрологическое обеспечение – это утверждение и использование научно-технических и организационных основ, технических приборов, норм и стандартов с целью обеспечения единства и установленной точности измерений. Метрологическое обеспечение в своем научном аспекте базируется на метрологии.
Можно выделить следующие цели метрологического обеспечения:
1) достижение более высокого качества продукции;
2) обеспечение наибольшей эффективности системы учета;
3) обеспечение профилактических мероприятий, диагностики и лечения;
4) обеспечение эффективного управления производством;
5) обеспечение высокого уровня эффективности научных работ и экспериментов;
6) обеспечение более высокой степени автоматизации в сфере управления транспортом;
7) обеспечение эффективного функционирования системы нормирования и контроля условий труда и быта;
8) повышение качества экологического надзора;
9) улучшение качества и повешение надежности связи;
10) обеспечение эффективной системы оценивания различных природных ресурсов.
Метрологическое обеспечение технических устройств – это совокупность научно-технических средств, организационных мероприятий и мероприятий, проводимых соответствующими учреждениями с целью достижения единства и требуемой точности измерений, а также установленных характеристик технических приборов.
Измерительная система – средство измерения, представляющее собой объединение мер, ИП, измерительных приборов и другое, выполняющих схожие функции, находящихся в разных частях определенного пространства и предназначенных для измерения определенного числа физических величин в данном пространстве.Измерительные системы используются для:
1) технической характеристики объекта измерений, получаемой путем проведения измерительных преобразований некоторого количества динамически изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин;
2) автоматизированной обработки полученных результатов измерений;
3) фиксирования полученных результатов измерений и результатов их автоматизированной обработки;
4) перевода данных в выходные сигналы системы. Метрологическое обеспечение измерительных систем подразумевает:
1) определение и нормирование метрологических характеристик для измерительных каналов;
2) проверку технической документации на соответствие метрологическим характеристикам;
3) проведение испытаний измерительных систем для установления типа, к которому они принадлежат;
4) проведение испытаний для определения соответствия измерительной системы установленному типу;
5) проведение сертификации измерительных систем;
6) проведение калибровки (проверки) измерительных систем;
7) обеспечение метрологического контроля над производством и использованием измерительных систем.
Измерительный канал измерительной системы – это часть измерительной системы, технически или функционально обособленная, предназначенная для выполнения определенной завершающейся функции (например, для восприятия измеряемой величины или для получения числа или кода, являющегося результатом измерений этой величины). Разделяют:
1) простые измерительные каналы;
2) сложные измерительные каналы.
Простой измерительный канал – это канал, в котором используется прямой метод измерений, реализующийся посредством упорядоченных измерительных преобразований.
В сложном измерительном канале выделяют первичную часть и вторичную часть. В первичной части сложный измерительный канал является объединением некоторого числа простых измерительных каналов. Сигналы с выхода простых измерительных каналов первичной части применяются для косвенных, совокупных или совместных измерений или для получения пропорционального результату измерений сигнала во вторичной части.
Измерительный компонент измерительной системы – это средство измерений, обладающее отдельно нормированными метрологическими характеристиками. Примером измерительного компонента измерительной системы может послужить измерительный прибор. К измерительным компонентам измерительной системы принадлежат также аналоговые вычислительные устройства (устройства, выполняющие измерительные преобразования). Аналоговые вычислительные устройства принадлежат к группе устройств с одним или несколькими вводами.
Измерительные компоненты измерительных систем бывают следующих видов.
Связующий компонент – это технический прибор или элемент окружающей среды, применяющиеся в целях обмена сигналами, содержащими сведения об измеряемой величине, между компонентами измерительной системы с минимально возможными искажениями. Примером связующего компонента может послужить телефонная линия, высоковольтная линия электропередачи, переходные устройства.
Вычислительный компонент – это цифровое устройство (часть цифрового устройства), предназначенное для выполнения вычислений, с установленным программным обеспечением. Вычислительный компонент применяется для вычисления результатов измерений (прямых, косвенных, совместных, совокупных), которые представляют собой число или соответствующий код, вычисления производятся по итогам первичных преобразований в измерительной системе. Вычислительный компонент выполняет также логические операции и координирование работы измерительной системы.
Комплексный компонент – это составная часть измерительной системы, представляющая собой технически или территориально объединенную совокупность компонентов Комплексный компонент завершает измерительные преобразования, а также вычислительные и логические операции, которые утверждены в принятом алгоритме обработки результатов измерений для других целей.
Вспомогательный компонент – это технический прибор, предназначенный для обеспечения нормального функционирования измерительной системы, но не принимающий участия в процессе измерительных преобразований.
Согласно соответствующим ГОСТам метрологические характеристики измерительной системы должны быть в обязательном порядке нормированы для каждого измерительного канала, входящего в измерительную систему, а также для комплексных и измерительных компонентов измерительной системы.
Как правило, изготовитель измерительной системы определяет общие нормы на метрологические характеристики измерительных каналов измерительной системы.
Нормированные метрологические характеристики измерительных каналов измерительной системы призваны:
1) обеспечивать определение погрешности измерений с помощью измерительных каналов в рабочих условиях;
2) обеспечивать эффективный контроль над соответствием измерительного канала измерительной системы нормированным метрологическим характеристикам в процессе испытаний измерительной системы. В случае, если определение или контроль над метрологическими характеристиками измерительного канала измерительной системы не могут осуществляться экспериментальным путем для всего измерительного канала, нормирование метрологических характеристик проводится для составных частей измерительного канала. Причем, объединение этих частей должно представлять собой целый измерительный канал
Нормировать характеристики погрешности в качестве метрологических характеристик измерительного канала измерительной системы можно как при нормальных условиях использования измерительных компонентов, так и при рабочих условиях, для которых характерно такое сочетание влияющих факторов, при котором модуль численного значения характеристик погрешности измерительного канала имеет максимально возможное значение. Для большей эффективности для промежуточных сочетаний влияющих факторов также нормируются характеристики погрешностей измерительного канала. Данные характеристики погрешности измерительных каналов измерительной системы необходимо проверять посредством их расчета по метрологическим характеристикам компонентов измерительной системы, представляющих собой в целом измерительный канал. Причем рассчитанные значения характеристик погрешности измерительных каналов могут и не проверяться экспериментальным путем. Но тем не менее в обязательном порядке должен осуществляться контроль метрологических характеристик для всех составных частей (компонентов) измерительной системы, нормы которых являются исходными данными в расчете.
Нормированные метрологические характеристики комплексных компонентов и измерительных компонентов должны:
1) обеспечивать определение характеристик погрешности измерительных каналов измерительной системы при рабочих условиях применения с использованием нормированных метрологических характеристик компонентов;
2) обеспечивать осуществление эффективного контроля над данными компонентами в процессе испытаний, проводимых с целью установления типа, и поверке соответствия нормированным метрологическим характеристикам. Для вычислительных компонентов измерительной системы, в случае, если их программное обеспечение не учитывалось в процессе нормирования метрологических характеристик, нормируются погрешности вычислений, источником которых является функционирование программного обеспечения (алгоритм вычислений, его программная реализация). Для вычислительных компонентов измерительной системы могут также нормироваться другие характеристики, при условии учета специфики вычислительного компонента, которая может воздействовать на характеристики составляющих частей погрешности измерительного канала (характеристики составляющей погрешности), если составляющая погрешность возникает из-за использования данной программы обработки результатов измерений.
Техническая документация по эксплуатации измерительной системы должна включать в себя описание алгоритма и программы, работающей в соответствии с описанным алгоритмом. Данное описание должно позволять рассчитывать характеристики погрешности результатов измерений с использованием характеристик погрешности составной части измерительного канала измерительной системы, расположенной перед вычислительным компонентом.
Для связующих компонентов измерительной системы нормируются два вида характеристик:
1) характеристики, обеспечивающие такое значение составляющей погрешности измерительного канала, вызванной связующим компонентом, которым можно пренебречь;
2) характеристики, позволяющие определить значение составляющей погрешности измерительного канала, вызванной связующим компонентом.
Выбор средств измерений
При выборе средств измерений в первую очередь должно учитываться допустимое значение погрешности для данного измерения, установленное в соответствующих нормативных документах.
В случае, если допустимая погрешность не предусмотрена в соответствующих нормативных документах, предельно допустимая погрешность измерения должна быть регламентирована в технической документации на изделие.
При выборе средств измерения должны также учитываться:
1) допустимые отклонения;
2) методы проведения измерений и способы контроля. Главным критерием выбора средств измерений является соответствие средств измерения требованиям достоверности измерений, получения настоящих (действительных) значений измеряемых величин с заданной точностью при минимальных временных и материальных затратах.
Для оптимального выбора средств измерений необходимо обладать следующими исходными данными:
1) номинальным значением измеряемой величины;
2) величиной разности между максимальным и минимальным значением измеряемой величины, регламентируемой в нормативной документации;
3) сведениями об условиях проведения измерений.
Если необходимо выбрать измерительную систему, руководствуясь критерием точности, то ее погрешность должна вычисляться как сумма погрешностей всех элементов системы (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей), в соответствии с установленным для каждой системы законом.
Предварительный выбор средств измерений производится в соответствии с критерием точности, а при окончательном выборе средств измерений должны учитываться следующие требования:
1) к рабочей области значений величин, оказывающих влияние на процесс измерения;
2) к габаритам средства измерений;
3) к массе средства измерений;
4) к конструкции средства измерений.
При выборе средств измерений необходимо учитывать предпочтительность стандартизированных средств измерений.
Контрольные вопросы:
Погрешности средств измерений. Классифицикация.
Основная погрешность средств измерения . Пояснить.
Дополнительная погрешность средств измерения.
Как осуществить выбор средств измерений?
ЛЕКЦИЯ 11. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УЧЕТА ПОГРЕШНОСТЕЙ
Методы определения и учета погрешностей измерений используются для того, чтобы:
1) на основании результатов измерений получить настоящее (действительное) значение измеряемой величины;
2) определить точность полученных результатов, т. е. степень их соответствия настоящему (действительному) значению.
В процессе определения и учета погрешностей оцениваются:
1) математическое ожидание;
2) среднеквадратическое отклонение.
Точечная оценка параметра (математического ожидания или среднеквадратического отклонения) – это оценка параметра, которая может быть выражена одним числом. Точечная оценка является функцией от экспериментальных данных и, следовательно, сама должна быть случайной величиной, распределенной по закону, зависящему от закона распределения для значений исходной случайной величины Закон распределения значений точечной оценки будет зависеть также от оцениваемого параметра и от числа испытаний (экспериментов).
Точечная оценка бывает следующих видов:
1) несмещенная точечная оценка;
2) эффективная точечная оценка;
3) состоятельная точечная оценка.
Несмещенная точечная оценка – это оценка параметра погрешности, математическое ожидание которой равно этому параметру.
Эффективная точечная оценка – это точечная оценка. дисперсия которой меньше, чем дисперсия другой какой угодно оценки этого параметра.
Состоятельная точечная оценка – это оценка, которая при увеличении числа испытаний стремится к значению параметра, подвергающегося оценке.
Основные методы определения оценок:
1) метод максимального правдоподобия (метод Фишера);
2) метод наименьших квадратов.
1. Метод максимального правдоподобия основывается на идее, что сведения о действительном значении измеряемой величины и рассеивании результатов измерений, полученные путем многократных наблюдений, содержатся в ряде наблюдений.
Метод максимального правдоподобия состоит в поиске оценок, при которых функция правдоподобия проходит через свой максимум.
Оценки максимального правдоподобия – это оценки среднеквадратического отклонения и оценки истинного значения.
Если случайные погрешности распределены по нормальному закону распределения, то оценка максимального правдоподобия для истинного значения представляет собой среднее арифметическое результатов наблюдений, а оценка дисперсии является средним арифметическим квадратов отклонений значений от математического ожидания.
Преимущества оценок максимального правдоподобия заключается в том, что данные оценки:
1) несмещенные асимптотически;
2) асимптотически эффективные;
3) асимптотически распределены по нормальному закону.
2. Метод наименьших квадратов состоит в том, что из определенного класса оценок берут ту оценку, у которой минимальная дисперсия (самую эффективную). Из всех линейных оценок действительного значения, где присутствуют некоторые постоянные, только среднее арифметическое сводит к наименьшему значению дисперсии. В связи с этим при условии распределения значений случайных погрешностей по нормальному закону распределения оценки, полученные с использованием метода наименьших квадратов, идентичны оценкам максимального правдоподобия. Оценка параметров с помощью интервалов проводится посредством нахождения доверительных интервалов, в пределах которых с заданными вероятностями располагаются действительные значения оцениваемых параметров.
Доверительная граница случайного отклонения – это число, представляющее собой длину доверительного интервала, разделенную пополам.
При достаточно большом количестве испытаний доверительный интервал существенно уменьшается. Если увеличивается число испытаний, то допустимо увеличить число доверительных интервалов.
Обнаружение грубых погрешностей
Грубые погрешности – это погрешности, намного превышающие предполагаемые в данных условиях проведения измерений систематические и случайные погрешности. Промахи и грубые погрешности могут появляться из-за грубых ошибок в процессе проведения измерения, технической неисправности средства измерения, неожиданного изменения внешних условий. Для того чтобы исключить грубые погрешности, рекомендуется до начала измерений приближенно определить значение измеряемой величины.
В случае, если при проведении измерений выясняется, что результат отдельного наблюдения сильно отличается от других полученных результатов, нужно обязательно установить причины такого отличия. Результаты, полученные с резким отличием, можно отбросить и повторно измерить данную величину. Однако в некоторых случаях отбрасывание таких результатов может вызвать ощутимое искажение рассеивания ряда измерений. В связи с этим рекомендуется не отбрасывать необдуманно отличающиеся результаты, а дополнять их результатами повторных измерений.
Если необходимо исключить грубые погрешности в процессе обработки полученных результатов, когда уже нельзя скорректировать условия проведения измерений и провести повторные измерения, то применяются статистические методы.
Общий метод проверки статистических гипотез позволяет выяснить, присутствует ли в данном результате измерений грубая погрешность.
Обработка и представление результатов измерения
Обычно измерения являются однократными. При обычных условиях их точности вполне достаточно.
Результат однократного измерения представляется в следующем виде:
Qi = Yi + Ωi,
где Y i – значение i – го показания;
Ωi – поправка.
Погрешность результата однократного измерения определяется при утверждении метода проведения измерений.
В процессе обработки результатов измерений используются различные виды закона распределения (нормальный закон распределения, равномерный закон распределения корреляционный закон распределения) измеряемой величины (в данном случае она рассматривается как случайная).
Обработка результатов прямых равноточных измерений Прямые измерения – это измерения, посредством которых непосредственно получается значение измеряемой величины Равноточными или равнорассеянными называют прямые, взаимно независимые измерения определенной величины, причем результаты этих измерений могут быть рассмотрены как случайные и распределенные по одному закону распределения.
Обычно при обработке результатов прямых равноточных измерений предполагается, что результаты и погрешности измерений распределены по нормальному закону распределения.
После снятия расчетов вычисляется значение математического ожидания по формуле:

где xi  – значение измеряемой величины;
n – количество проведенных измерений.
Затем, если систематическая погрешность определена, ее значение вычитают из вычисленного значения математического ожидания.
Потом вычисляется значение среднеквадратического отклонения значений измеряемой величины от математического ожидания.
Алгоритм обработки результатов многократных равноточных измерений
Если известна систематическая погрешность, то ее необходимо исключить из результатов измерений.
Вычислить математическое ожидание результатов измерений. В качестве математического ожидания обычно берется среднее арифметическое значений.
Установить величину случайной погрешности (отклонения от среднего арифметического) результата однократного измерения.
Вычислить дисперсию случайной погрешности. Вычислить среднеквадратическое отклонение результата измерения.
Проверить предположение, что результаты измерений распределены по нормальному закону.
Найти значение доверительного интервала и доверительной погрешности.
Определить значение энтропийной погрешности и энтропийного коэффициента.
Поверка и калибровка средств измерений
Калибровка средств измерений – это комплекс действий и операций, определяющих и подтверждающих настоящие (действительные) значения метрологических характеристик и (или) пригодность средств измерений, не подвергающихся государственному метрологическому контролю.
Пригодность средства измерений – это характеристика, определяющаяся соответствием метрологических характеристик средства измерения утвержденным (в нормативных документах, либо заказчиком) техническим требованиям Калибровочная лаборатория определяет пригодность средства измерений.
Калибровка сменила поверку и метрологическую аттестацию средств измерений, которые проводились только органами государственной метрологической службы. Калибровка, в отличие от поверки и метрологической аттестации средств измерений, может осуществляться любой метрологической службой при условии, что у нее есть возможность обеспечить соответствующие условия для проведения калибровки. Калибровка осуществляется на добровольной основе и может быть проведена даже метрологической службой предприятия.
Но тем не менее метрологическая служба предприятия обязана выполнять определенные требования. Основное требование к метрологической службе – обеспечение соответствия рабочего средства измерений государственному эталону, т. е. калибровка входит в состав национальной системы обеспечения единства измерений.
Выделяют четыре метода поверки (калибровки) средств измерений:
1) метод непосредственного сравнения с эталоном;
2) метод сличения при помощи компьютера;
3) метод прямых измерений величины;
4) метод косвенных измерений величины.
Метод непосредственного сличения с эталоном средства измерений, подвергаемого калибровке, с соответствующим эталоном определенного разряда практикуется для различных средств измерений в таких сферах, как электрические измерения, магнитные измерения, определение напряжения, частоты и силы тока. Данный метод базируется на осуществлении измерений одной и той же физической величины калибруемым (поверяемым) прибором и эталонным прибором одновременно. Погрешность калибруемого (поверяемого) прибора вычисляется как разность показаний калибруемого прибора и эталонного прибора (т. е. показания эталонного прибора принимаются за настоящее значение измеряемой физической величины).
Преимущества метода непосредственного сличения с эталоном:
1) простота;
2) наглядность;
3) возможность автоматической калибровки (поверки);
4) возможность проведения калибровки с помощью ограниченного количества приборов и оборудования.
Метод сличения с помощью компьютера осуществляется с использованием компаратора – специального прибора, посредством которого проводится сравнение показаний калибруемого (поверяемого) средства измерений и показаний эталонного средства измерений. Необходимость использования компаратора обусловливается невозможностью провести непосредственное сравнение показаний средств измерений, измеряющих одну и ту же физическую величину. Компаратором может быть средство измерения, одинаково воспринимающее сигналы эталонного средства измерения и калибруемого (поверяемого) прибора. Преимущество данного метода в последовательности во времени сравнения величин.
Метод прямых измерений величины используется в случаях, когда есть возможность провести сравнение калибруемого средства измерения с эталонным в установленных пределах измерений. Метод прямых измерений базируется на том же принципе, что и метод непосредственного сличения. Различие между этими методами состоит в том, что при помощи метода прямых измерений осуществляется сравнение на всех числовых отметках каждого диапазона (поддиапазона).
Метод косвенных измерений используется в случаях, когда настоящие (действительные) значения измеряемых физических величин невозможно получить посредством прямых измерений или когда косвенные измерения выше по точности, чем прямые измерения. При использовании данного метода для получения искомого значения сначала ищут значения величин, связанных с искомой величиной известной функциональной зависимостью. А затем на основании этой зависимости находится расчетным путем искомое значение. Метод косвенных измерений, как правило, используется в установках автоматизированной калибровки (поверки).
Для того чтобы передача размеров единиц измерений рабочим приборам от эталонов единиц измерений осуществлялась без больших погрешностей, составляются и применяются поверочные схемы.
Поверочные схемы – это нормативный документ, в котором утверждается соподчинение средств измерений, принимающих участие в процессе передачи размера единицы измерений физической величины от эталона к рабочим средствам измерений посредством определенных методов и с указанием погрешности. Поверочные схемы утверждают метрологическое подчинение государственного эталона, разрядных эталонов и средств измерений.
Поверочные схемы разделяют на:
1) государственные поверочные схемы;
2) ведомственные поверочные схемы;
3) локальные поверочные схемы.
Государственные поверочные схемы устанавливаются и действуют для всех средств измерений определенного вида, использующихся в пределах страны.
Ведомственные поверочные схемы устанавливаются и действуют на средства измерений данной физической величины, подлежащие ведомственной поверке. Ведомственные поверочные схемы не должны вступать в противоречие с государственными поверочными схемами, если они установлены для средств измерений одних и тех же физических величин Ведомственные поверочные схемы могут быть установлены при отсутствии государственной поверочной схемы. В ведомственных поверочных схемах возможно непосредственно указывать определенные типы средств измерений.
Локальные поверочные схемы используются метрологическими службами министерств и действуют также и для средств измерений предприятий, им подчиненных. Локальная поверочная схема может распространяться на средства измерений, использующиеся на определенном предприятии Локальные поверочные схемы в обязательном порядке должны отвечать требованиям соподчиненности, утвержденным государственной поверочной схемой. Составлением государственных поверочных схем занимаются научно—исследовательские институты Госстандарта Российской Федерации Научно—исследовательские институты Госстандарта являются обладателями государственных эталонов.
Ведомственные поверочные схемы и локальные поверочные схемы представляются в виде чертежей.
Государственные поверочные схемы устанавливаются Госстандартом РК, а локальные поверочные схемы – метрологическими службами либо руководителями предприятий.
В поверочной схеме утверждается порядок передачи размера единиц измерений одной или нескольких физических величин от государственных эталонов рабочим средствам измерений. Поверочная схема должна содержать по меньшей мере две ступени передачи размера единиц измерений.
На чертежах, представляющих поверочную схему, должны присутствовать:
1) наименования средств измерений;
2) наименования методов поверки;
3) номинальные значения физических величин;
4) диапазоны номинальных значений физических величин;
5) допустимые значения погрешностей средств измерений;
6) допустимые значения погрешностей методов поверки.
Контрольные вопросы:
Цели метрологического обеспечения
Метрологическое обеспечение технических устройств. Пояснить.
Измерительная система. Определение.
Измерительный канал измерительной системы. Пояснить.
Компоненты измерительной системы. Перечислить. Охарактеризовать.
ЛЕКЦИЯ 13. ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЗАКОНА РК «ОБ ОБЕСПЕЧЕНИИ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ»
Единство измерений – это характеристика измерительного процесса, означающая, что результаты измерений выражаются в установленных и принятых в законодательном порядке единицах измерений и оценка точности измерений имеет надлежащую доверительную вероятность.
Главные принципы единства измерений:
1) определение физических величин с обязательным использованием государственных эталонов;
2) использование утвержденных в законодательном порядке средств измерений, подвергнутых государственному контролю и с размерами единиц измерения, переданными непосредственно от государственных эталонов;
3) использование только утвержденных в законодательном порядке единиц измерения физических величин;
4) обеспечение обязательного систематического контроля над характеристиками эксплуатируемых средств измерений в определенные промежутки времени;
5) обеспечение необходимой гарантированной точности измерений при применении калиброванных (поверенных) средств измерений и установленных методик выполнения измерений;
6) использование полученных результатов измерений при обязательном условии оценки погрешности данных результатов с установленной вероятностью;
7) обеспечение контроля над соответствием средств измерений метрологическим правилам и характеристикам;
8) обеспечение государственного и ведомственного надзора за средствами измерений.
«Об обеспечении единства измерений»
Закон Республики Казахстан от 07.06.2000 г.
Настоящий Закон устанавливает правовые, экономические и организационные основы обеспечения единства измерений в Республике Казахстан, регулирует отношения между государственными органами управления, физическими и юридическими лицами в сфере метрологической деятельности и направлен на защиту прав и законных интересов граждан и экономики Республики Казахстан от последствий недостоверных результатов измерений.
Статья 1. Основные понятия, используемые в настоящем Законе
В настоящем Законе используются следующие основные понятия:
1) аккредитация - официальное признание органом по аккредитации правомочий юридического лица осуществлять конкретные виды метрологических работ и услуг;
2) законодательная метрология - часть метрологии, относящаяся к деятельности, совершаемой уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии и содержащая государственные требования, касающиеся единиц, методов измерения, средств измерений и измерительных лабораторий;
3) государственный метрологический надзор - деятельность уполномоченного органа по техническому регулированию и метрологии и его территориальных подразделений по надзору за выпуском, состоянием и применением средств измерений, применением методик выполнения измерений, соблюдением метрологических правил и норм, за количеством товаров при продаже, а также за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке, продаже и импорте; 4) метрологический контроль - деятельность, осуществляемая метрологическими службами государственных органов управления, физических и юридических лиц в целях проверки соблюдения метрологических правил и норм;
5) метрологическая служба - совокупность субъектов, деятельность которых направлена на обеспечение единства измерений;
6) измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств;
7) единство измерений - состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений находятся в установленных границах с заданной вероятностью;
8) государственная система обеспечения единства измерений - совокупность объектов, органов государственного управления, физических и юридических лиц, осуществляющих в пределах своей компетенции работы в области обеспечения единства измерений;
9) реестр государственной системы обеспечения единства измерений - документ учета регистрации объектов, участников работ и документов в области обеспечения единства измерений;
10) нормативные документы по обеспечению единства измерений - положения, инструкции и иные нормативные и методические документы, определяющие требования и порядок проведения работ по обеспечению единства измерений;
11) эксперт-аудитор в области обеспечения единства измерений - физическое лицо, аттестованное в порядке, установленном уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии, на право проведения работ в области обеспечения единства измерений;
12) метрологическая аттестация средств измерений - установление (подтверждение) соответствия средств измерений, изготовленных или ввозимых в единичных экземплярах, требованиям нормативных документов по обеспечению единства измерений;
13) поверитель средств измерений - специалист государственной метрологической службы или метрологических служб аккредитованных юридических лиц, аттестованный в порядке, установленном уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии, на правопроведения поверки средств измерений;
14) испытание средств измерений - совокупность операций, проводимых для определения степени соответствия средств измерений установленным нормам с применением к объектам испытаний различных испытательных воздействий;
15) методика поверки средств измерений - совокупность операций и правил, выполнение которых позволяет определить и подтвердить соответствие средств измерений установленным техническим и метрологическим требованиям;
16) средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики;
17) калибровка средства измерений - совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений, и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона, в целях определения действительных значений метрологических характеристик средства измерений и (или) пригодности к применению средства измерений, не подлежащего государственному метрологическому надзору; 18) поверка средства измерений - совокупность операций, выполняемых государственной метрологической службой или другими аккредитованными юридическими лицами в целях определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим и метрологическим требованиям;
19) методика выполнения измерений - совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с точностью, установленной данной методикой выполнения измерений;
20) метрологическая аттестация методики выполнения измерений - установление (подтверждение) соответствия методики выполнения измерений предъявляемым к ней метрологическим требованиям;
21) сличение - сравнение результатов исследований метрологических характеристик эталонов и средств измерений;
22) уполномоченный орган по техническому регулированию и метрологии - государственный орган, осуществляющий управление работами по техническому регулированию и метрологии и аккредитации;
23) единица величины - физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1;
24) государственный эталон единицы величины - эталон единицы величины, признанный решением уполномоченного органа по техническому регулированию и метрологии в качестве исходного на территории Республики Казахстан;
25) эталон единицы величины - средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы величины (кратных либо дольных значений единицы величины) в целях передачи ее размера другим средствам измерений данной величины, утвержденное в порядке, установленном уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии.
Статья 15. Государственные службы обеспечения единства измерений
1. Государственные службы обеспечения единства измерений включают уполномоченный орган по техническому регулированию и метрологии и его территориальные подразделения, государственный научный метрологический центр, метрологические службы органов государственного управления.
Государственные службы обеспечения единства измерений осуществляют деятельность по обеспечению единства измерений на основании положений, утверждаемых уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии.
2. Государственная служба времени и частоты осуществляет межрегиональную и межотраслевую координацию и выполняет работы, направленные на обеспечение единства измерений времени и частоты и определение параметров вращения Земли.
3. Государственная служба стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов осуществляет межрегиональную и межотраслевую координацию и обеспечивает выполнение работ, связанных с разработкой и внедрением стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов.
4. Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов осуществляет межрегиональную и межотраслевую координацию и обеспечивает выполнение работ, связанных с разработкой и внедрением стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.
Статья 16. Метрологические службы органов государственного управления, физических и юридических лиц
1. Органы государственного управления, физические и юридические лица создают в необходимых случаях метрологические службы для выполнения работ по обеспечению единства измерений, а также осуществления метрологического контроля.
При выполнении работ в сферах, предусмотренных статьей 23 настоящего Закона, создание метрологических служб или проведение организационных мероприятий является обязательным.
2. Деятельность метрологических служб органов государственного управления, физических и юридических лиц осуществляется в соответствии с нормативными документами, согласованными с уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии.
Статья 17. Утверждение типа и метрологическая аттестация средств измерений
1. Средства измерений, предназначенные для серийного производства или ввоза на территорию Республики Казахстан партиями, подлежат испытаниям с последующим утверждением типа этих средств измерений.
Решение об утверждении типа средств измерений принимается уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии и удостоверяется сертификатом об утверждении типа средств измерений установленного образца, срок действия которого устанавливается при его выдаче.
2. Средства измерений, изготовленные или ввозимые в единичных экземплярах и подлежащие государственному метрологическому надзору, подвергаются метрологической аттестации.
Решение о метрологической аттестации средств измерений удостоверяется сертификатом о метрологической аттестации средств измерений установленного образца, срок действия которого устанавливается при его выдаче.
3. Испытания средств измерений для целей утверждения типа и на соответствие утвержденному типу, метрологическая аттестация средств измерений проводятся государственной метрологической службой.
Утвержденный тип средств измерений и средства измерений, прошедшие метрологическую аттестацию, вносятся в реестр государственной системы обеспечения единства измерений.
4. На средства измерений утвержденного типа и (или) эксплуатационные документы, сопровождающие каждый экземпляр, наносится знак утверждения типа средств измерений установленной уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии формы.
5. Информация об утверждении типа средств измерений и решение об отмене утвержденного типа публикуются в официальных изданиях уполномоченного органа по техническому регулированию и метрологии.
6. Запрещаются выпуск в обращение, применение, реализация и реклама средств измерений, не прошедших испытания для целей утверждения типа или метрологическую аттестацию.
Средства измерений, находящиеся в эксплуатации и на хранении после окончания срока действия сертификата об утверждении типа, применяются до полного физического износа.
Контрольные вопросы:
Метрологические службы органов государственного управления.
Государственные службы обеспечения единства измерений. Цели. Функции.
Основные понятия, используемые в Законе об измерениях.
ЛЕКЦИЯ 15. ЛИЦЕНЗИРОВАНИЕ И АККРЕДИТАЦИЯ В ОБЛАСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
1. Производство и ремонт средств измерений, в том числе производство стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, аттестованных смесей веществ, могут осуществляться физическими и юридическими лицами после получения соответствующей лицензии, выдаваемой уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии, в соответствии с законодательством Республики Казахстан о лицензировании.
2. Поверка и калибровка средств измерений, метрологическая аттестация методик выполнения измерений осуществляются юридическими лицами, аккредитованными на данный вид деятельности, в порядке, установленном уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии.
Статья 19. Поверка средств измерений
1. Средства измерений, применяемые в сфере осуществления государственного метрологического надзора, подвергаются поверке при выпуске из производства или ремонта, эксплуатации и ввозе по импорту после утверждения их типа или метрологической аттестации и регистрации в реестре государственной системы обеспечения единства измерений.
Поверка осуществляется государственной метрологической службой, а также метрологическими службами юридических лиц, аккредитованных на данный вид деятельности.
2. Перечень и периодичность поверки средств измерений, а также порядок ее проведения определяет уполномоченный орган по техническому регулированию и метрологии.
3. Деятельность аккредитованных юридических лиц осуществляется в соответствии с законодательством Республики Казахстан и нормативными документами по обеспечению единства измерений.
4. Юридические лица, аккредитованные на право поверки средств измерений, должны осуществлять электронный учет данных о поверяемых средствах измерений и их передачу в государственный научный метрологический центр в порядке, установленном уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии.
5. Поверка средств измерений осуществляется поверителями государственной метрологической службы или метрологических служб аккредитованных юридических лиц в соответствии с методикой поверки средств измерений. Порядок аттестации поверителей определяется уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии.
6. Положительные результаты поверки удостоверяются оттиском поверительного клейма, который наносится на средство измерений и (или) эксплуатационную документацию, и (или) сертификатом о поверке.
7. Технические средства, применяемые для наблюдения за изменением физических величин без оценки их значений в единицах величин с нормированной точностью, поверке не подлежат.
Контроль за исправностью таких технических средств осуществляют их пользователи.
Статья 20. Калибровка средств измерений
1. Средства измерений, не подлежащие поверке, калибруются при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту, при эксплуатации в порядке, определяемом изготовителем, владельцем или потребителем этих средств измерений.
Калибровка средств измерений производится метрологическими службами аккредитованных юридических лиц с использованием эталонов, соподчиненных государственным эталонам единиц величин.
Результаты калибровки средств измерений удостоверяются калибровочным знаком, наносимым на средства измерений, или сертификатом о калибровке, в котором в обязательном порядке указываются действительные значения метрологических характеристик, а также записью в эксплуатационных документах.
Глава 5. Государственный метрологический надзор
Статья 21. Цель государственного метрологического надзора
Государственный метрологический надзор осуществляется уполномоченным органом по техническому регулированию и метрологии и его территориальными подразделениями с целью проверки соблюдения физическими и юридическими лицами требований настоящего Закона, других нормативных правовых актов Республики Казахстан, международных договоров и нормативных документов по обеспечению единства измерений.
Статья 22. Объекты государственного метрологического надзора
Объектами государственного метрологического надзора являются:
1) эталоны единиц величин;
2) средства измерений;
3) методики выполнения измерений;
4) деятельность физических и юридических лиц по обеспечению единства измерений;
5) количество фасованных товаров при их расфасовке, продаже и импорте.
6) количество товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций.
Статья 23. Сфера государственного метрологического надзора
Государственный метрологический надзор относительно объектов, указанных в статье 22 настоящего Закона, распространяется на измерения, результаты которого используются при:
1) работах по обеспечению защиты жизни и здоровья граждан;
2) испытаниях и контроле качества продукции и услуг на соответствие обязательным требованиям нормативных документов;
3) контроле состояния окружающей среды;
4) контроле безопасности условий труда;
5) торгово - коммерческих операциях и расчетах между покупателем (потребителем) и продавцом (поставщиком, производителем, исполнителем), в том числе в сферах бытовых и коммунальных услуг и услуг связи;
6) государственных учетных операциях;
7) операциях, связанных с определением содержания драгоценных металлов в изделиях, слитках, полуфабрикатах, припоях и отходах;
8) производстве вооружения, военной и специальной техники, других видов специальной продукции;
9) геодезических, геологических и гидрометеорологических работах;
10) налоговых, банковских, таможенных и почтовых операциях;
11) добыче, производстве, переработке, транспортировании, хранении и потреблении всех видов энергетических ресурсов;
12) строительстве;
13) работах, выполняемых по поручению органов государственного управления, суда и правоохранительных органов;
14) регистрации национальных и международных спортивных рекордов;
15) испытаниях, метрологической аттестации, поверке, калибровке средств измерений;
16) проведении научных исследований;
17) обеспечении безопасности движения;
18) выпуске и применении игровых автоматов.
Статья 24. Виды государственного метрологического надзора
1. Государственный метрологический надзор включает:
1) надзор за выпуском, состоянием и применением средств измерений, применением методик выполнения измерений, эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм;
2) надзор за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций;
3) надзор за количеством фасованных товаров при их расфасовке, продаже и импорте.
2. Государственный контроль по обеспечению единства измерений осуществляется в виде:
плановой проверки не чаще одного раза в год;
внеплановой проверки по основаниям, предусмотренным законами Республики Казахстан, а также на предмет устранения ранее выявленных нарушений.
Государственный контроль по обеспечению единства измерений осуществляется также в виде встречной, рейдовой проверок в соответствии с законами Республики Казахстан.
Контрольные вопросы:
Статья Закона. Поверка средств измерений.
Статья Закона. Виды гос.метрологического надзора
Цель гос.метрологического надзора.
что отражено в статье 22 закона об измерениях?
4. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯПрактическое занятие №1.
Задание 1
При измерении температуры установлено, что массив результатов измерений можно считать случайными величинами с нормальным законом распределения, имеющим следующие параметры:
Математическое ожидание – mt =27,1
Среднее квадратическое отклонение – σ1 = 0,9 °C
Вычислить вероятность выполнения неравенства
t1 ≤ t ≤ t2 , где t1 = 26,25 °C, t2 = 27,65 °C
Методические рекомендации:
Литература: Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
Контрольные вопросы:
Какие важные характеристики имеются в техническом процессе электроплавки?
Какими входными и выходными переменными характеризуется электроплавка?
Какими особенностями представляется процесс, как объект управления.
Какие задачи поставлены для управления процессом.
Задание 2.
Результаты измерений температуры t°C являются случайными величинами с распределением по нормальному закону с параметрами:
Математическое ожидание – mt = 20,1
Средним арифметическим отклонением – σ1 = 0,8 °C
Определить интервал ∆t, для которого вероятность Р удовлетворения неравенства │t – mt│≤ ∆t = 0,78
Методические рекомендации:
Литература: Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
Контрольные вопросы:
Какие важные характеристики имеются в техническом процессе электроплавки?
Какими входными и выходными переменными характеризуется электроплавка?
Какими особенностями представляется процесс, как объект управления.
Какие задачи поставлены для управления процессом.
Практическое занятие №2.
Задание 1.
Измерения случайной величины х подчинены нормальному закону распределения
Математическое ожидание – mх
Дисперсией – σˉ2
Вычислить вероятность выполнения неравенства │х – mх│≤ 0,8σх
Методические рекомендации:
Литература: Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
Контрольные вопросы:
Какие важные характеристики имеются в техническом процессе электроплавки?
Какими входными и выходными переменными характеризуется электроплавка?
Какими особенностями представляется процесс, как объект управления.
Какие задачи поставлены для управления процессом.
Задание 2.
Результаты измерений давления р (МПа) являются случайными величинами, подчиненными закону равномерного распределения и находятся в пределах р1 ≤ р ≤ р2, где
р1 = 1,5 МПа
р2 =1,4 МПа
Найти математическое ожидание mр и дисперсию σ²р для измеренных величин давления.
Методические рекомендации:
Литература: Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
Контрольные вопросы:
Какие важные характеристики имеются в техническом процессе электроплавки?
Какими входными и выходными переменными характеризуется электроплавка?
Какими особенностями представляется процесс, как объект управления
Практическое занятие №3.
Задание 1.
Результаты измерений давления р(МПа) являются случайными величинами и подчинены закону равномерного распределения с σ²р = МПа.
Вычислить вероятность выполнения неравенства
р1 ≤ р ≤ р2, где
р1 = 1,575МПа
р2 = 1,665МПа
Методические рекомендации:
Литература: Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
Контрольные вопросы:
Какие важные характеристики имеются в техническом процессе электроплавки?
Какими входными и выходными переменными характеризуется электроплавка?
Какими особенностями представляется процесс, как объект управления
Задание 2.
Термометр, имеющий шкалу tmin =0 °С – tmax =60,0°С
и класс точности С =0,6
Определить ∆t – значение граничной абсолютной погрешности термометра
Методические рекомендации:
Литература: Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
Контрольные вопросы:
Какие важные характеристики имеются в техническом процессе электроплавки?
Какими входными и выходными переменными характеризуется электроплавка?
Какими особенностями представляется процесс, как объект управления
Практическое занятие №4.
Задание 1.
Определить класс точности манометра, рабочий диапазон которого от рmin = 0,05 МПа, до рmax =2,5МПа и граничная погрешность ∆р =0,035МПа
Методические рекомендации:
Литература: Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
Контрольные вопросы:
Какие важные характеристики имеются в техническом процессе электроплавки?
Какими входными и выходными переменными характеризуется электроплавка?
Какими особенностями представляется процесс, как объект управления

Задание 2.
Измерение разности давления осуществляется при помощи двух манометров класса точности С =0,5. Диапазоны измерений манометров ∆р = 1,8МПа.
Найти минимальную разность давлений, которую можно измерить данными манометрами с точностью 3%.
Литература: Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
Контрольные вопросы:
Какие важные характеристики имеются в техническом процессе электроплавки?
Какими входными и выходными переменными характеризуется электроплавка?
Какими особенностями.
Практическое занятие №5.
Задание 1.
Вычислить относительную погрешность р измеренного давления
р=0,55МПа манометром класса С = 0,6 с диапазоном показаний ∆р = 2,3МПа
Литература: Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
Контрольные вопросы:
Какие важные характеристики имеются в техническом процессе электроплавки?
Какими входными и выходными переменными характеризуется электроплавка?
Какими особенностями.
Задание 2.
По результатам 10 измерений были получены статистические характеристики температуры: оценки математического ожидания mt и среднего квадратичного отклонения (с.к.о.) St = 1С°
Вычислить: 1) при условии нормального распределения результатов измерений температуры доверительную вероятность выполнения неравенства │mt - mt│≤ 0,73°С2) для заданной доверительной вероятности ß = 0,8 определить доверитель- ный интервал для дисперсии.
Литература: Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
Контрольные вопросы:
Какие важные характеристики имеются в техническом процессе электроплавки?
Какими входными и выходными переменными характеризуется электроплавка?
Какими особенностями.
Практическое занятие №6.
Задание 1.
Количество теплоты, отводимое от теплообменного аппарата, может быть определенно на основе косвенных измерений по формуле Q = Gc (t1– t2),
где G – расход рабочего тела (кг/с); t1 и t2 – температура рабочего тела на выходе и входе теплообменного аппарата; с – удельная теплоемкость рабочего тела (Дж/кг), является заданной характеристикой. Величины G, t1, t2
– определяются путем прямых измерений расхода и температуры при с.к.о. погрешностей измерения σG =0,5 кг/с, σt1= σt2 = 0,5°С. Вычислить σQ – с.к.о. погрешности измерения Q при с = 4,19∙103 Дж/кг ∙°С, G =50кг/с, t1 = 25°С, t2 =8 °С.
Литература: Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
Контрольные вопросы:
Какие важные характеристики имеются в техническом процессе электроплавки?
Какими входными и выходными переменными характеризуется электроплавка?
Какими особенностями.
Задание 2.
Температура t°С может быть оценена с помощью косвенного измерения на основе формулы, выражающей зависимость величины термосопротивления (ТС) меди от температуры в виде
Rt = R0 (1+αt), (***)
где α – температурный коэффициент сопротивления меди
Rt, R0 – величина ТС при 0°С и при t°С соответственно.
U
Сопротивление Rt определяется по формуле Rt = ── ─ Rл (****) I
где Rл – сопротивление подводящих проводников,
U – падение напряжения
I – сила тока
Величины U и I, измеряемые вольтметром и амперметром, являются результатом прямых измерений с погрешностями ∆U =0,01В, ∆I = 0,01А.
Вычислить погрешность измерения температуры ∆t при U = В, I = 0,63А, α = 4,26 ∙10ˉ³ (°С)-1 , значения погрешностей Rл, R0 считаем ничтожно малыми.
Литература: Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
Контрольные вопросы:
Какие важные характеристики имеются в техническом процессе электроплавки?
Какими входными и выходными переменными характеризуется электроплавка?
Какими особенностями.
5. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯЛабораторная работа № 1.
1.1 Градуировка термопары, изучение компенсационного метода измерения термоэдс термопары.
Цель работы:
1. Произвести градуировку термопары и определить её тип.
2.Познакомиться с основными методами измерения термоэдс, включая метод компенсации.
1.1 Краткие теоретические сведения
Приборы и материалы:
Образцовая термопара, градуируемая термопара, образцовый термометр, термостат, электропечь, регулирующий милливольтметр типа МР-64-02, переключатель термопар типа ПМТ, потенциометр Р37, сосуд Дьюара, автотрансформатор.
Для измерения термоэдс термопар, напряжения, а также других величин, связанных с напряжением определённой зависимостью используют компенсационный метод. Принцип компенсационного метода основан на уравновешивании (компенсации) измеряемой э.д.с. известным напряжением, получаемым от строго определённого тока на сопротивлении с известным значением. Этот ток называют обычно рабочим током.
Принципиальная компенсационная измерительная схема:
а
б
НЭ
НГ
1
2



Б
EtК2К1а
б
НЭ
НГ
1
2



Б
EtК2К1
Б- источник постоянного тока; Rб- переменный резистор(реостат) для изменения величины тока;
Rс- сравнительный резистор; Rр- уравновешивающий резистор; НГ- нормальный элемент, который развивает строго определённую э.д.с., нулевой прибор (гальванометр).Схема включает в себя термопары (образцовую и градуируемую), образцовый термометр, термостат, электропечь, регулирующий милливольтметр типа МР-64-02, переключатель термопар типа ПМТ (отличительной особенностью переключателей этого типа является парное замыкание и размыкание контактов), потенциометр Р37, сосуд Дьюара и автотрансформатор.
Класс точности потенциометра P37 – 0,01.
1.2 Порядок выполнения работы
1. При первом режиме.
Таблица №1. Полученные значения.
№ измерения 1 2 3
Eобр , мВ Eград , мВ Найти погрешности измеренных величин
2. При втором режиме.
Таблица №2. Полученные значения.
№ измерения 1 2 3
Eобр , мВ Eград , мВ Найти погрешности измеренных величин
3. При третьем режиме.
Таблица №3. Полученные значения.
№ измерения 1 2 3
Eобр , мВ Eград , мВ
Найти погрешности измеренных величин.
Привести окончательный результат расчета :
С учетом погрешностей:
T, (°С) Eобр, (мВ) Eград, (мВ)
Построить по полученным данным график Eград.термопары=f(t °C):
1.3. Контрольные вопросы
1.3.1 Поясните процедуру определения приведенной погрешности
1.3.2 Поясните построение графика Eград.термопары=f(t °C):
1.4. Оформление отчета
1.4.1 Цель работы.
1.4.2 Краткое описание эксперимента.
1.4.3 Графический и табличный материал эксперимента.
Список литературы к лабораторным занятиям:
1.Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
2.Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
1.2 Градуировка термометра сопротивления.
Цель работы:
1. Провести градуировку термометра сопротивления по точкам таяния льда (0°С), кипения воды (tН20) и кипения серы (tсеры).
2. Оценить погрешность эксперимента.
1.1 Краткие теоретические сведения
Принципиальная схема потенциометра Р366.
1.2 Порядок вы-10160221615mAОП
R
RN
Rt+
-
+
-
I
ПБ
00mAОП
R
RN
Rt+
-
+
-
I
ПБ
полнения работы
Расчётная часть.
1. Расчёт R0. Термометр сопротивления помещён в ледяной термостат. Измерение Ro производится при двух крайних положениях переключателя (П1-П и О). Расчет Ro производится по среднему арифметическому значению падения напряжения на термометре сопротивления UR1 при двух крайних положениях переключателя (П1).
2. Расчёт RТ. Термометр сопротивления помещён в термостат TC-16A и измерить RtH20. Измерение RТ производится при двух крайних положениях переключателя (П1-П и О). Расчет RТ производится по среднему арифметическому значению падения напряжения на термометре сопротивления UR1 при двух крайних положениях переключателя (П1).
В данной лабораторной работе выполнить градуировку термометр сопротивления по точкам кипения воды и таяния льда, получить график зависимости сопротивления термометра от температуры и оценить погрешность полученных измерений.
1.3. Контрольные вопросы
1. Рассказать о принципе действия термометра сопротивления и его устройстве (Ответ: Измерение температуры с помощью термопреобразователей сопротивления (ТС) основано на температурной зависимости электрического сопротивления металлов, из которого сделан чувствительный элемент ТС. Чувствительный элемент (ЧЭ) обычно изготавливается из меди или платины и конструктивно выполняется в виде проволочной катушки или пленочного покрытия.
Чувствительный элемент характеризуется типом Номинальной Статической Характеристики (НСХ) –зависимости со противления от температуры. Эта зависимость нелинейная. Для основных типов НСХ зависимости представлены в виде таблиц в ГОСТ 6651 94. Кратко тип НСХ однозначно определяется двумя параметрами: R0 – сопротивлением ЧЭ при 0°С и W100 – отношением сопротивления ЧЭ при 100 °С к его сопротивлению при 0 °С. Это наиболее часто применяемые в промышленности типы ЧЭ.)
2. Требования, предъявляемые к материалам чувствительных элементов.
3. Каким ТС воспроизводится МПТШ- 68 и в каком диапазоне. ( Ответ: С 1968 г. по решению XIII Генеральной конференции по мерам и весам Международная практическая температурная шкала (МПТШ-68) включает 11 реперных точек. В диапазоне 13,81..273,15 К государственным первичным эталоном единицы температуры воспроизводится шесть реперных точек, а значение температуры в интервалах между ними определяется эталонным платиновым термометром сопротивления. Все эти эталоны хранятся в НПО "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений". В диапазоне 273,15..1337,58 К государственным первичным эталоном единицы температуры, хранящимся в НПО "ВНИИМ им. Д. И. Менделеева", воспроизводится тройная точка воды, а также точки затвердевания олова, цинка, серебра и золота. В промежутках между ними значение температуры устанавливается платиновым термометром.)1.4. Оформление отчета
1.4.1 Цель работы.
1.4.2 Краткое описание эксперимента.
1.4.3 Графический и табличный материал эксперимента.
Список литературы к лабораторным занятиям:
1.Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
2.Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
1.3. Приборы для измерения температуры, работающие в комплекте с термометром сопротивления.
Цель работы:
Изучение принципа действия, устройства и технических характеристик:
электронного автоматического моста типа МСР1-01;
автоматического моста типа КВМ1-513И;
полуавтоматического потенциометра Р368;
логометра типа ЛПр-53.
С помощью перечисленных приборов произвести измерение температуры в печи и вычислить в каждом случае возможную погрешность прибора.
3295015125095В

R3
R2
R1


У

Rп

~6.3 В
Рис. 1. Принципиальная схема МСР1-01
00В

R3
R2
R1


У

Rп

~6.3 В
Рис. 1. Принципиальная схема МСР1-01

1.1 Краткие теоретические сведения
Описание приборов:
1. Электронный автоматический мост МСР1-01. (Рис. 1)
R1, R2, R3 – сопротивления плеч моста;
RР – сопротивление реохода;
RШ – шунт реохода, служит для подгонки сопротивления к стандартной величине 90 Ом;
RП – сопротивление, служащее для подгонки реохода до величины соответствующей данному пределу измерения;
RТ – термометр сопротивления.При изменении температуры меняется сопротивление RT, равновесие моста нарушается. В измерительной диагонали АВ моста появляется напряжение, которое усиливается электронным усилителем У до величины достаточной для приведения в действие реверсного двигателя РД–09. Ротор двигателя, вращаясь, будет перемещать движок В по реоходу до момента наступления равновесия моста. Каждому значению измеряемой температуры соответствует определенная величина сопротивления термометра, а, следовательно, и определенное положение движка реохода и связанного с ним указателя пером.
Основные технические характеристики моста МСР1-01:
основная погрешность показаний прибора не превышает 0,5% от области измерения;
погрешность записи не превышает 1% от области измерения;
вариации показаний не превышает 0,5% от области измерения;
порог чувствительности приборов составляет не более 0,1% от области измерения;
погрешность срабатывания контактов позиционного регулирующего устройства не превышает 1% от области измерения;
время прохождения указателя с пером всей длинны шкалы, в зависимости от разновидности приборов, может иметь одно из следующих значений: 2,5 или 8 секунд.
2. Автоматический мост типа КВМ1-513И.
Основные технические характеристики моста КВМ1-513И:
автоматический уравновешивающий мост типа КВМ1-513И предназначен для измерения температуры и других величин, значения которых может быть преобразовано в постоянный ток;
основная погрешность показаний прибора при температуре окружающей среды 20 5, и относительной влажности 30 – 80%не превышает 0,5% от области измерения;
вариации показаний не превышает для приборов класса 0,5 - 0,5% и для приборов класса 0.25 – 0,2% от области измерения;
изменение показаний приборов, вызванное изменением температуры окружающей среды (воздуха) не превышает 0,25%;
погрешность срабатывания контактов позиционного регулирующего устройства не превышает 1% от области измерения;
питание силовой схемы приборов осуществляется переменным током напряжением 127В и частотой 50 Гц;
время прохождения указателя с пером всей длинны шкалы, в зависимости от разновидности приборов, может иметь одно из следующих значений: 2,5 или 10 секунд;
градуировки вольтметров, амперметров, ваттметров на постоянном токе, а также для измерения токов, напряжений и сопротивлений.
3. Полуавтоматический потенциометр Р368.
Полуавтоматический потенциометр предназначен для поверки и градуировки вольтметров и ваттметров на постоянном токе, а также для измерения токов, напряжений и сопротивлений.
Потенциометр состоит из неавтоматической части, имеющей две декады ручной компенсации измеряемого напряжения, декады фиксированных напряжений, декады НЭ и автоматической части – автокомпенсатора напряжения (АКН). АКН работает со встроенным усилителем.Рис. 2. Принципиальная схема Р368
АК – компенсатор
1AK – включение АК при настройке рабочего тока
2АК – включение АК при проверке приборов
3АК – включение АК при включение АК при установке напряжения в параллельной цепи ваттметраИ – указывающий прибор АК
1П1, 1П2 – переключатель пределов измерения
2П и 3П – переключатели I и II декад.
7П – переключатель декады фиксированных напряжений.
8П – декада нормального элемента.
Х – измеряемое напряжение.
ДН – делитель напряжения.
НЭ – нормальный элемент.
Э – экран.
АКН – автокомпенсатор напряжений. Измеряемая ЭДС подключается к зажимам Х. Основная часть измеряемого напряжения компенсируется на декадах I, II. Разность между измеряемой ЭДС и компенсационным напряжением автоматически уравновешивается и измеряется АКН.
Класс точности 0,02
4. Логометр ЛПр-53. (Рис. 2)
Логометры используются для измерения и записи температуры в комплекте с термометрами сопротивления.
398716555245
R1R3 – сопротивления плеч моста (R1 = R3);
R4 – постоянный резистор;
RT – термометр сопротивления;
RП1 – подгоночный резистор подключен в плечо R2;
RП2 – подгоночный резистор включен в цепь RT;
RР1, RР2 – рамки логометра, включенные в диагональ ab;
R5, R6 – резисторы, служащие для получения заданного угла отклонения подвижной части и температурной компенсации прибора.
Мост находится в равновесии при сопротивлении RT, соответствующем середине шкалы прибора. При этом из-за равенства потенциалов в вершинах a и b падение напряжения на плечах.
R1 и R3 (значит токи в рамках RР1 и RР2 равны).При отклонении измеряемой температуры от значения, соответствующего средней отметке шкалы равновесие моста нарушается. Рис. 2
Принципиальная схема ЛПр-53
Повышение температуры вызывает возрастание сопротивления RT, это приводит к уменьшению тока в рамке RР2. Возникает разность вращающихся моментов рамок, которая заставляет подвижную часть поворачиваться до наступления нового равновесия, обусловленного выравниванием моментов из-за переменной ширины воздушного зазора.
Действие прибора основано на измерении сил токов, протекающих в двух параллельных электрических цепях, питаемых от постороннего источника постоянного тока, в каждую из которых включено по одной рамке.
В данной работе произвести измерение температуры с помощью следующих приборов: электронного автоматического моста типа МСР1-01, автоматического моста типа КВМ1-513И, полуавтоматического потенциометра Р368, логометра типа ЛПр-53. Полученные результаты измерений проверить, находятся ли пределах допустимых погрешностей приборов.
1.3. Контрольные вопросы
Зависимость Rt от Т у полупроводниковых ТС (тиристоров). (Ответ: зависимость нелинейная, чувствительность уменьшается с ростом температуры)
Основные недостатки ТС (Ответ: значительная инерционность вследствие большой массы).
Что означает градуировка, например, 100 М, 50 П. Кратко тип НСХ однозначно определяется двумя параметрами: R0 – сопротивлением ЧЭ при 0°С (100Ом – платина, 50Ом – медь соответственно) и W100 – отношением сопротивления ЧЭ при 100 °С к его сопротивлению при 0 °С ()
1.4. Оформление отчета
1.4.1 Цель работы.
1.4.2 Краткое описание эксперимента.
1.4.3 Графический и табличный материал эксперимента.
Список литературы к лабораторным занятиям:
1.Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
2.Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
1.4. Градуировка термометра сопротивления.
Цель работы:
Изучить принцип действия, устройство и основные технические характеристики потенциометра ЭПП-09;
Провести проверку милливольтовой шкалы прибора. Измерить порог чувствительности прибора для трёх различных значений сопротивления соединительных проводов от датчика измеряемой ЭДС до клемм прибора;
Измерить время пробега кареткой шкалы прибора.
Краткие теоретические сведения.
Приборы и материалы:
Потенциометр ЭПП-09, образцовый потенциометр Р368 и измерительный стенд.
2. Схема установки:
123634585725mAОП
R
RN
Rt+
-
+
-
I
ПБ
00mAОП
R
RN
Rt+
-
+
-
I
ПБ

Рассчитать погрешность и чувствительность среднюю скорость пробега каретки шкалы потенциометра ЭПП-09. Результаты экспериментов занести в таблицу.
1.3. Контрольные вопросы
1.3.1. Требования, предъявляемые к материалам чувствительных элементов.
1.3.2. Принцип действия потенциометра ЭПП-09. Охарактеризовать.
1.4. Оформление отчета
1.4.1 Цель работы.
1.4.2 Краткое описание эксперимента.
1.4.3 Графический и табличный материал эксперимента.
Список литературы к лабораторным занятиям:
1.Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
2.Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
2. Лабораторная работа
Тарировка диафрагмы методом барботажа.
Цель работы: С помощью стандартных сужающих устройств: диафрагмы и трубы Вентури определить объёмный и массовый расход в основном контуре стенда «Циркуляционная петля».
Опытным путём определить коэффициент сопротивления трения и сравнить его с известными расчётными соотношениями.
1.2 Краткие теоретические сведения.
Приборы и материалы:
Стенд «Циркуляционная петля» состоит из: питательно-приёмного бака, питательного насоса, байпасного вентиля, компенсатора объёма, трубы Вентури, диафрагмы.
Принципиальная схема стенда «Циркуляционная петля»:

563499070421500563499058991500563499058991500563499058991500563499058991500Стенд предназначен для исследования гидродинамических и теплофизических характеристик одно- и двухфазных течений, встречающихся в трактах первого контура и КМПЦ действующих и перспективных атомных электростанций. Стенд позволяет выполнять экспериментальные исследования, связанные со стационарным функционированием реакторов, работы реакторов в режимах нестационарных переходных процессов в элементах теплоэнергетического оборудования.
Выполнение работы:
Определить скорость поднятия пузыря воздуха в канале с водой по формуле .
Объёмный расход по диафрагме рассчитывается по формуле: -объёмный расход воздуха через диафрагму, где
F0-сечение отверстия диафрагмы;
1.3. Контрольные вопросы
1.3.1 Поясните процедуру определения скорость поднятия пузыря воздуха в канале с водой
1.3.2 Расчет погрешностей .Нахождение среднего квадратичного отклонения времени (ошибка среднего арифметического):
1.4. Оформление отчета
1.4.1 Цель работы.
1.4.2 Краткое описание эксперимента.
1.4.3 Графический и табличный материал эксперимента.
Список литературы к лабораторным занятиям:
1.Гетманов В.Г., Жужжалов В.Е. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: МГТА – 2003.-77с.
2.Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. М.: «Высшая школа». – 2002.-205с.
3. Лабораторная работа
Исследование характеристик пирометрического милливольтметра
3.1 Цель и содержание работы
3.1.1 Цель работы
В процессе выполнения этой работы студент должен ознакомиться с устройством магнитоэлектрических пирометрических милливольтметров, научиться правильно ими пользоваться и оценивать их погрешность.
3.1.2. Содержание работы
Изучить устройство и принцип действия пирометрического милливольтметра по представленным в лаборатории плакатам и пособиям.
Определить технические характеристики приборов.
Определить основную погрешность и вариацию.
Сравнить полученные величины погрешностей испытуемого милливольтметра с допустимыми погрешностями, приведенные в инструкции завода-изготовителя и дать заключение пригодности прибора.
Определить дополнительную погрешность, вызываемую отклонением сопротивления внешней цепи от величины, на которую градуирован прибор.
Построить график зависимости Э.Д.С. от температуры (теоретические и экспериментальные).
Составить отчет по работе.
3.2 Краткие теоретические сведения
Пирометрические милливольтметры являются электроизмерительными приборами магнитоэлектрической системы. Они предназначены для измерения температуры в комплекте с термопарами, телескопом радиационного пирометра, а также для работы в комплекте автоматического электрического газоанализатора. Измерительная система пирометрического милливольтметра состоит из постоянного магнита (1) с полюсными наконечниками (2). Неподвижного стального сердечника (5), подвижной рамки (3), спиральных пружин (6), указывающей системы (4) (стрелка, шкала) и добавочного сопротивления (Рис. 1).
Чаще всего рамка крепится на кернах, которые опираются на подпятники из агата или рубина. Указывающие милливольтметры с рамкой на кернах изготовляют как с вертикальной, так и с горизонтальной осью вращения. В регистрирующих приборах рамка подвешена на тонких металлических лентах (растяжках), которые, как и спиральные пружины, служат для создания противодействующего момента и для подвода тока к рамкам.
Принцип действия прибора основан на уравновешивании электромагнитного вращающего момента рамки (пропорционален току) противодействующим моментом пружины (пропорционален углу закручивания):
;

гдеB – магнитная индукция
E – модуль продольной упругости
K1, K2, C – постоянные коэффициенты
Изменение B и E практически не влияет на показания приборов, т.к. с изменением температуры эти параметры меняются почти одинаково. Шкала милливольтметра равномерна и чувствительность его постоянна в любом месте шкалы.
Сила тока в цепи:

E(t;t0) = E(t)-E(t0) – разность термо-Э.Д.С., возникающих в горячем и холодном спаях термопары.
R – общее сопротивление цепи
Rр, Rд, Rвн – (сопротивление рамки, добавочное, внешней цепи)
t, t0 – температура горячего и холодного спаев термопары
Градуировку шкалы пирометрического милливольтметра в градусах температуры производят применительно к определенной градуировке термопары и для заданного значения сопротивления внешней цепи Rвн, которое указывается на шкале прибора и может быть равно 0,6; 5; 15; 25 Ом.
Внутреннее сопротивление делают достаточно большим, включая последовательно с рамкой дополнительную катушку сопротивления.
Добавочное сопротивление Rд, выполняемое из манганиновой проволоки служит для подгонки диапазона шкалы и ограничения влияния изменений температуры окружающей среды на показания прибора (температурный коэффициент сопротивления манганина низкий).
На измерительной схеме милливольтметра Ш-4051 (рис. 2) представлены следующие сопротивления:
Rр – сопротивление рамки
Rд – добавочное сопротивление для изменения диапазона шкалы прибора
Rт – полупроводниковое сопротивление для температурной компенсации
R0–шунтирующее сопротивление для спрямления нелинейной характеристики
Выпускается большая номенклатура промышленных милливольтметров для измерения, записи и сигнализации температуры, разных пределов измерения, внешних видов, габаритных размеров, аналоговых и цифровых. Классы точности промышленных милливольтметров: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5.
3.3 Описание лабораторной установки
На лицевой панели лабораторного стенда (рис. 3) и (рис. 4) представлены:
измерительная схема прибора
милливольтметр
колодка зажимов милливольтметра
декада магазина сопротивления
переключатель режима работы милливольтметра
тумблер включения питания щита
лампы, сигнализирующие наличие напряжения питания и режима работы милливольтметра
При переводе переключателя 5 в положение V прибор работает как вольтметр, а в положении mV – как милливольтметр.
Сопротивление внешней цепи милливольтметра составляет 15 Ом. На лабораторном стенде оно набирается из двух последовательно включенных резисторов: постоянного 10 Ом за стендом и переменного от 0 до 10 Ом (на стенде – декада магазина сопротивления).
На приставке к лабораторному стенду находится образцовый прибор потенциометр постоянного тока.
3.4. Порядок и методика выполнения работы
3.4.1. Определить технические характеристики милливольтметра, потенциометра и заполнить таблицу:
Тип прибора Тип градуиров. Внешнее сопротивление Класс точности Предел измерения Цена деления
1 2 3 4 5 6
3.4.2. Определение основной погрешности и вариации милливольтметра.
Установить корректором стрелку милливольтметра на нулевую отметку при обесточенном приборе.
Собрать схему для поверки милливольтметра в соответствии с рис. 2.
На магазине сопротивления набрать сопротивление равное сопротивлению внешней цепи, на которое градуирован прибор.
Переключатель 5 перевести в положение mV и включить питание щита тумблером 6.
Поверка шкалы пирометрического милливольтметра производится путем сравнения его показаний с показаниями переносного потенциометра ПП.
Подготовить переносной потенциометр к работе.
Переключатель B5 прибора установить в положение «К» и реостатом «рабочий ток» установить стрелку гальванометра на «0», вначале при нажатой кнопке «грубо», затем «точно».
Перевести переключатель В5 в положение «И».
Источник регулируемого напряжения, встроенный в переносной потенциометр и имеющий два реостата для грубой и точной регулировки напряжения в пределах от –5 до 100 мВ, служит для создания напряжения такого же порядка, как и величина т.э.д.с. развиваемая промышленными термопарами.Источником регулируемого напряжения плавно переместить стрелку от нулевой до конечной отметки шкалы и обратно. После проверки плавности хода стрелки приступить к определению основной погрешности и вариации прибора. В приложении 1 дана градуировочная характеристика прибора.
Поверка производится по всем оцифрованным отметкам прибора, сначала при возрастающем, а затем при убывающем значении напряжения. Величина напряжения измеряется потенциометром.
При этом стрелка гальванометра устанавливается на «0» вращением рукояток секционного переключателя и реохорда вначале при нажатой кнопке «грубо», а затем – «точно».
Результаты измерений заносят в таблицу:
Поверяемые отметки шкалы прибора тэдспо градуировочной таблице Напряжение, измеряемое потенциометром Погрешности Вариации
абсолютная приведенная абсолютная приведенная
прямой ход обратный ход прямой ход обратный ход °С E0, мВ Е1 , мВ Е2, мВ 1, мВ 2, мВ % мВ %
3.4.3. По полученным результатам построить графики зависимостей E0(t; t0) = f(t) и E1 = f(t) или E2 = f(t) на одних и тех же осях координат.
3.4.4. Продумать возможность переградуировки шкалы прибора на следующие пределы измерения: 0 400 С; 0 200 С 200 800 С. Какие из предложенных вариантов можно реализовать практически? Организовать постановку опыта.
3.4.5. Продумать возможность совместной работы милливольтметра с термопарой другой градуировки.
Какие из вариантов можно реализовать практически? Организовать постановку опыта.
3.4.6. Определить дополнительные погрешности при изменении сопротивления внешней цепи на 20% от нормального.
Результаты записать в таблицу:
Rвн
номинальн. Eн
номинальн. Rвниспыт. E испыт. мВ %
приведен. Примечание
3.4.5. Сделать вывод о пригодности прибора к эксплуатации
3.5. Составить отчет по следующей форме:
Краткое описание работы (цель, содержание, характеристики приборов)
Одна из схем (принципиальная, измерительная)
Таблицы поверки
Графики
Заключение о пригодности прибора
3.6. Контрольные вопросы
Почему при измерении термо-Э.Д.С. пирометрическимио милливольтметрами необходимо подгонять сопротивление внешней цепи?
Значение спиральных пружин.
Что такое класс точности прибора?
Какие способы крепления подвижных рамок милливольтметра Вам известны?
Конструкция милливольтметра.
Конструкция чувствительного элемента.
Любую ли термопару можно подключить к данному милливольтметру?
4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИОМЕТРА
4.1. Цель и содержание работы
4.1.1. Цель работы
Целью работы является освоение техники теплотехнических измерений и закрепление знаний по разделу «Потенциометры».
4.1.2. Содержание работы
Студент должен ознакомиться со схемой и работой лабораторной установки и ее элементов.
Научиться пользоваться потенциометром типа ПП.
Изучить принцип действия поверяемого электронного потенциометра в комплекте с термопарой (отдельные узлы и их функциональную связь).
Произвести поверку автоматического потенциометра и сделать заключение о пригодности прибора.
4.2. Краткие теоретические сведения
4.2.1. Термопары
В основу измерения температуры с помощью термопар положен термоэлектрический эффект, заключающийся в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения (спая) проводников имеют различную температуру.
Цепь, состоящая из двух разнородных проводников называется термопарой. Спай, имеющий температуру t, называется горячим или рабочим, а спай, имеющий постоянную температуру t0– холодным или свободным (рис. 1).
Проводники называются термоэлектродами.
Термо-Э.Д.С. термопары EAB(t;t0) = f(t)
при условии t0 = const.
Термопара градуируется при определенной постоянной температуре холодного спая (обычно при t0 = 0 C, реже при t0 = 20 C).
При измерениях температура холодного спая может быть иной, не равной температуре градуировки. В этом случае необходимо вносить поправку.
Любая пара разнородных проводников может образовать термопару, однако не всякая термопара будет пригодна для практического применения, так как современная техника предъявляет к материалам термоэлектродов определенные требования:
1.Устойчивость к воздействию температур,
2.Постоянство термо-Э.Д.С. во времени,
3.Возможно большая величина термо-Э.Д.С. и однозначная зависимость от температуры,
4.Небольшой температурный коэффициент электрического сопротивления и большая электропроводимость,
5.Воспроизводимость термоэлектрических свойств, обеспечивающая взаимозаменяемость термопар.
По ГОСТ на технические термопары с металлическими термоэлектродами принято пять типов термопар.
ТПП – платинородий – платиновая термопара,
ТПР – платинородий – платинородиевая термопара,
ТХА – хромель – алюмелевая термопара,
ТНС – термопара из сплава НК-СА,
ТХК – хромель – копелевая термопара.
Стандартные термопары ТХА, ТНС, ТХК изготовляются из проволоки диаметром 0,7 – 3,2 мм и изолируются керамическими бусами.
Термопары ТПП и ТПР изготовляются обычно в виде проволоки диаметром 0,5мм и 1мм, которая изолируются бусами или фаРКоровыми трубками.
4.2.2. Потенциометры
В качестве вторичных приборов в комплекте с термопарами используются пирометрические милливольтметры и потенциометры.
Потенциометры делятся на переносные, лабораторные и автоматические.
В потенциометрах используются компенсационный метод измерения, состоящий в уравновешивании измеряемого напряжения известной разностью потенциалов, снимаемой с калиброванного сопротивления.
Цепь потенциометра (рис. 2) состоит из двух замкнутых цепей, имеющих общее сопротивление участка реохорда.
В каждой цепи имеется свой источник Э.Д.С. E1 и E2.
Реохорд RР – строго калиброванная по сопротивлению проволока.
В цепь источника E2 (термопары) включен чувствительный нуль-гальванометр, представляющий сопротивление RТ.
В эту же цепь включено сопротивление RП, представляющее собой сопротивление всех подводящих проводов и переходных сопротивлений в соединениях.
Ток на участке реохорда Ic = I1 + I2.
Согласно второму закону Кирхгофа:

для контура источника E2 будем иметь:
(1)
так как IcRав = I2Rав + I2Rав, выражение (1) можно переписать в следующем виде:

откуда
(2)
Передвигая точку (В) по реохорду, можно найти положение движка, при котором I2 = 0 (стрелка нуль-гальванометра в нулевом положении). В этом случае числитель выражения (2) будет равен 0.
E2 – I1Rав= 0или E2 = I1Rав.
Но I1Rав = Uав представляет собой падение напряжения на участке реохорда (ав) от источника тока Е1.
С другой стороны:

откуда следует:
(3)
Так как величины E1 и Rас постоянны и известны, а величина Rав отсчитывается по шкале реохорда то, зная положение движка реохорда, соответствующее моменту компенсации, нетрудно определить по (3) значение E2.
Обычно у лабораторных и переносных потенциометров шкала реохорда градуируется непосредственно в милливольтах.
Из формулы (3) видно, что измеряемая потенциометром Э.Д.С. (E2), при условии, что I2 = 0, равна падению напряжения на участке реохорда (ав) от источника E1 и не зависит ни от сопротивления соединительных приборов и переходных сопротивлений.
Это положение представляет большое преимущество компенсационного метода измерения Э.Д.С.
Так как Э.Д.С. источника E1 в процессе его разряда уменьшается, то в потенциометре предусматривается возможность регулировки тока в цепи источника питания E1. С этой целью в цепи источника питания E1 (рис. 3) кроме реохорда включены регулировочное сопротивление Rрег и сопротивление Rнэ, предназначенные для установки рабочего тока. Периодически, для проверки рабочего тока, переключатель (П) ставят в положение (К), подключая при этом к точкам da нормальный элемент (НЭ) вместе с последовательно включенным нуль-гальванометром (Н/Г).
Обычно в качестве эталона Э.Д.С. принимают нормальный элемент Вестона, который при 20 С развивает Э.Д.С. равную 1,0185В.
Ток в цепи источника питания регулируется сопротивлением до тех пор, пока падение напряжения на Rнэ не будет равным Э.Д.С. нормального элемента. При этом стрелка нуль-гальванометра станет на нулевую отметку шкалы. После нормализации тока переключатель (П) ставят в положение (И) и измеряют Э.Д.С., развиваемую термопарой.
В автоматических потенциометрах компенсация осуществляется с помощью электромеханической следящей системы: в них рассогласование между измеряемым напряжением и компенсирующей разностью потенциалов используется в качестве управляющего сигнала для исполнительного механизма (реверсивного двигателя), перемещающего движок калиброванного реохорда. В момент отсчета компенсация является полной, и о величине измеряемого напряжения судят по положению движка реохорда.
На (рис.4) дана принципиальная схема электронного автоматического потенциометра.
Измерительная схема представляет из себя мост, образованный четырьмя резисторами R1, R2, R4, R8 и реохордом R5 с шунтом R6 и подгоночным сопротивлением R7.
В диагонали ab последовательно с ЭУ включен термопреобразователь T. Включение выполнено через фильтр служащий для уменьшения влияния наводок от электромагнитных полей в цепи термопары. В другую диагональ моста cd включен источник стабилизированного питания ИПС, обеспечивающий постоянство рабочего тока в измерительной схеме.
Если измеряемая Т.Э.Д.С. E(t;t0) полностью компенсируются разностью потенциалов Uав на вершинах моста ab, то напряжение на входе в усилитель равно нулю: U = E(t;t0) – Uав = 0. При изменении измеряемой Т.Э.Д.С. возникает напряжение разбаланса постоянного тока, которое, поступая в ЭУ, преобразуется в напряжение переменного тока и усиливается до величины, достаточной для приведения в действие реверсивного двигателя М1. Направление вращения ротора РД зависит от знака разбаланса U, т.е. от того, в какую сторону изменяется напряжение Т.Э.Д.С.
РД с помощью механической передачи (шкива и троса) передвигает движок реохорда до достижения компенсации и одновременно перемещает каретку указателя с пером или печатающей головкой.
После установления равновесия в измерительной схеме напряжение разбаланса на входе в усилитель исчезает и двигатель останавливается. Таким образом, каждой измеряемой Т.Э.Д.С. соответствует определенное положение движка реохорда и указателя на шкале потенциометра.
Резистор R1 изготавливается из медной проволоки и служит для автоматической компенсации температуры свободных концов термопары. С этой целью он располагается на клеммной панели прибора, в том месте, где подключаются термоэлектродные провода. Изменение, например, увеличение температуры свободных концов, вызывает одновременное снижение развиваемой термопарой Т.Э.Д.С. и увеличение сопротивления R1. При этом падение напряжения на R1 увеличивается и происходит уменьшение Uав, которое компенсируют соответствующее снижение Т.Э.Д.С.
Резистор R8 – для настройки конца шкалы. Резистор R4 предназначен для начала шкалы потенциометра, резисторы R6 и R7 – для подгонки сопротивления реохорда с учетом градуировки термопары и диапазона измерений. СД-М2 служит для привода механизма передвижения диаграммы.
4.3. Описание лабораторной установки
На лицевой панели стенда (рис. 5) представлены автоматический потенциометр 2, измерительная схема прибора 1, колодка зажимов (клеммы) 3 прибора, тумблер 4 для включения напряжения питания. На приставке к стенду устанавливается образцовый потенциометр с встроенным в него источником регулируемого напряжения для имитации Т.Э.Д.С.
4.4. Порядок и методика выполнения работы
4.4.1. Определить технические характеристики приборов, представленных в лабораторной установке, и заполнить таблицу:
Тип прибора Тип градуировки Класс точности Предел измерения Цена деления
4.4.2. Подготовка установки к проведению поверки.
После ознакомления с устройством и принципом действия приборов приступают к подготовке переносного потенциометра ПП-63, для чего органы управления и регулировки ставят в следующие положения:
а) переключатель «Питание» питание прибора – во включенное положение;
б) переключатель питания В8 и В 11, переключатель нормального элемента В4 и переключатель В3 – в положение «В»;
в) переключатель В10 полярности потенциометра «+», «–» в положение «+»;
г) кнопки «грубо» и «точно» в отжатых положениях;
д) переключатель «Род работы» в положение «Поверка»;
е) переключатель пределов в положение «x1» при измерении э.д.с. до 50мв;
з) переключатель линии в положение «0»;
к) секционированный переключатель и реохорд в положение «0».
4.4.3. Проводят установку (контроль) рабочего тока потенциометра, для чего:
а) устанавливают переключатель В5 в положение «К»;
б) устанавливают стрелку гальванометра на «0» рукояткой «грубо» и «точно» реостата «Рабочий ток», вначале при нажатой кнопке «грубо», а затем «точно».Затем поверяемый прибор подсоединяют к зажимам X, соблюдая полярность.
Устанавливают переключатель B5 в положение «И».
4.4.4. Определение времени установления показаний
После прогрева (3-5 мин) поверяемого потенциометра можно приступить к определению времени установления показаний. Для этого следует предварительно отметить положение движка грубого реостата источника регулируемого напряжения, соответствующие подаче на проверяемый потенциометр таких напряжений, при которых указатель и перо устанавливались бы на начальных отметках и отметках, соответствующих 90% диапазона шкалы этого прибора.
При установке указателя потенциометра, у которого нуль служит началом шкалы, на начальную отметку, напряжение, подаваемое на поверяемый потенциометр, будет отрицательным.
Это явление объясняется наличием устройства температурной компенсации в поверяемом приборе.
Руководствуясь сделанными отметками, грубый реостат резко переводят из положения, соответствующего напряжению начальной отметки потенциометра, в положение, соответствующее 90% диапазона шкалы, и одновременно включают секундомер и записывают показания.
При достижении полного успокоения указателя, то есть наступления полной компенсации, выключают секундомер и записывают его показания. Определив время установления показаний в одном направлении, ту же операцию проделывают и в обратном направлении.
Время установления показаний для автоматических электронных потенциометров типа КСП не должно превышать 30 сек. В противном случае необходимо выяснить причину отклонения от нормы совместно с преподавателем.
4.4.5. Определения порога чувствительности
Для определения порога чувствительности потенциометра следует произвести такое минимальное измерение измеряемой величины, которое вызовет заметное на газ перемещение указателя проверяемого прибора. При определении порога чувствительности изменения напряжения, подаваемого на поверяемый потенциометр, производится с помощью точного реостата источника регулируемого напряжения.
Разность напряжений (подаваемых от источника регулируемого напряжения), измеренных переносным потенциометром в начале и конце опыта и есть порог чувствительности по абсолютному значению. Порог чувствительности поверяется на трех отметках диапазона измерения напряжения (в начале, середине, конце) как в сторону убывающих, так и в сторону возрастающих значений измеряемой величины.
Следовательно, порог чувствительности есть то минимальное изменение напряжения поверяемого автоматическим потенциометром, которое достаточно для приведения его в действие.
Для потенциометров порог чувствительности не должен превышать 0,1% от диапазона измерения поверяемого прибора.
4.4.6. Поверка показаний
Поверка заключается в том, что на зажимах поверяемого потенциометра вместо Э.Д.С. термопары подается Э.Д.С. от источника регулируемого напряжения, встроенного в ПП-63. Величина подаваемого напряжения измеряется переносным потенциометром ПП-63.
При помощи ПП-63 устанавливают Э.Д.С. согласно градуировочной таблицы той стандартной термопары, с которой должен работать поверяемый прибор.
Градуировочная таблица ТХК помещена в настоящей инструкции (см. приложение №1).
Величина поправки на температуру свободных концов термопары для ТХК Е(t0; 0 C) = E t0, (где Е = 0,0695мв – поправка на 1C).
ΔЕ = Егр – Е(t0;0 C)
Плавно подводят стрелку поверяемого прибора к поверяемой отметке шкалы вращением рукоятки реостата «Напряжение».
Измеряют напряжение на поверяемом приборе, для чего:
а) устанавливают стрелку гальванометра на «0» вращением рукояток секционированного переключателя и реохорда, в начале при нажатой кнопке «грубо», а затем – «точно».
При установке указателя на поверяемую отметку линия зрения должна быть перпендикулярна к циферблату во избежание ошибок отсчета в следствии параллакса.
У автоматических потенциометров поверяются все оцифрованные отметки шкалы. Каждая отметка поверяется дважды: при прямом и обратном ходе указателя, то есть при повышении и понижении напряжения.
Результаты замеров заносятся в таблицу
Поверяемые отметки шкалы прибора ТЭДС по градуировочной таблице с учетом температуры t0 Показания образцового потенциометра Погрешности Вариации Условия поверки
абсолютная Приведенная прямой ход обратный ход прямой ход обратный ход °С E0, мВ Е1 , мВ Е2, мВ 1, мВ 2, мВ % мВ °С
4.4.7. По полученным результатам построить графики зависимостей Е0(t;t0) = f(t). E1(t;t0) = f(t) или E2(t;t0) = f(t) на одних и тех же осях координат.
4.4.8. Сделать вывод о пригодности прибора.
4.4.9. Осуществить переградуировку шкалы прибора на заданный преподавателем предел измерения. Какие из сопротивлений измерительной схемы необходимо изменить при этом? Выполнить расчет и организовать постановку опыта.
4.5. Составить отчет о работе.
Отчет состоит из краткого описания работы, которое включает:
а) цель и содержание работы;
б) измерительную схему потенциометра;
в) таблицу с результатами поверки;
г) графики;
д) заключение о пригодности прибора или причинах его.
4.6. Контрольные вопросы
Как осуществляется автоматическая коррекция на температуру свободных концов термопары?
Какие преимущества имеет потенциометрический способ (метод полной компенсации) измерения термо-Э.Д.С. по сравнению с измерением при помощи милливольтметра?
Какова точность записи на ленточной диаграмме?
Как преобразуется постоянное напряжение разбаланса измерительной схемы в переменное напряжение?
Каково допустимое сопротивление внешней измерительной цепи потенциометра и чем оно определяется?
Каковы допустимые температуры и влажность окружающего воздуха для потенциометра в рабочих условиях?
Как подсчитать основную погрешность комплекта, состоящего из электронного потенциометра и термопары?
Опишите принцип действия и конструкцию термопары.
Типы термопары, их сравнительная оценка.
Может ли данный прибор работать с термопарой другой градуировки?
5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
"ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПОВЕРКА АВТОМАТИЧЕСКОГО МОСТА"
«Исследование характеристик и поверка автоматического моста»
5.1. Цель и содержание работы
5.1.1. Цель работы – ознакомиться с принципом измерения температуры комплектом, состоящим из термометра сопротивления и автоматического моста, освоить методику поверки моста, исследовать его характеристики.
5.1.2. Содержание работы
В процессе выполнения работы студент должен:
Изучить принцип действия прибора
Ознакомиться с лабораторной установкой
Произвести поверку автоматического моста с помощью имитатора-магазина сопротивления и вычислить погрешности
Построить градуировочные характеристики (теоретические и экспериментальные)
Сделать заключение о пригодности прибора к эксплуатации
Составить отчет по работе
5.2. Теоретические сведения
Измерение температуры термометрами сопротивления основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Промышленность выпускает термометры сопротивления нескольких типов, называемых градуировкой. Градуировка термометра сопротивления зависит от материала чувствительного элемента (медь, платина, окислы титана, магния, марганца, кобальта и др.) и его сопротивления при t = 0C/
В качестве измерительных приборов, работающих с термометрами сопротивления, используются мосты и логометры.
Мосты делятся на лабораторные (неавтоматические) и производственные (автоматические).
Принципиальная измерительная схема уравновешенного автоматического моста постоянного тока приведена на рис. 1.
Плечи моста образованы постоянными сопротивлениями R1 и R3, компенсирующим резистором (реохордом) R2, термометром сопротивления Rt и сопротивлением соединительных проводов.
В диагональ ас включен источник постоянного тока E, в диагональ bd нуль-прибор НП.
При равновесии моста, которое достигается перемещением движка резистора R2, сила тока в диагонали моста равна нулю, т.е. I0 = 0. Термометр сопротивления может быть подключен к измерительной схеме двумя или тремя проводами.
2х проводная схема включения
Минус источника питания подключается к точке C.
Условие равновесия моста в этом случае:

При изменении температуры окружающей среды в показания прибора вносится погрешность за счет изменения сопротивления проводов медных или алюминиевых.
Все сопротивления, образующие плечи моста, кроме Rt выполнены из манганина, поэтому при изменении температуры окружающей среды остаются постоянными.
Когда колебания температуры окружающей среды велики, то применяют 3х проводную схему включения.
Одна из вершин моста переносится к головке термометра С. При таком соединении сопротивление одного провода прибавляется к Rt, а сопротивление второго провода к сопротивлению R2. Условие равновесия моста принимает вид:
R1(Rt+Rпр) = (R2+Rпр)R3
Если R1 = R3 – симметричный мост, то Rt+Rпр = R2+RпрТаким образом в трехпроводной схеме изменение сопротивления соединительных проводов не влияет на результат измерения. Измерительная схема автоматического моста приведена на рис. 2.
Мост состоит из 4х плеч, образованных сопротивлениями:
R1, R7– постоянные резисторы
Rр – регулировочный реохорд
R2 – шунтирующее сопротивление
R4 – для изменения диапазона шкалы прибора
R3 – для изменения начальной отметки шкалы прибора
Сопротивление R8 соответствует сопротивлению Rt для контрольной отметки на шкале прибора.
Питание измерительной цепи осуществляется напряжением 6,3 В переменного тока в диагонали ab.
Сопротивление реохорда Rр включено в два смежных плеча. Обмотка реохорда шунтируется сопротивлениями R2 и R4.
Сопротивления резисторов R3, R4, R8 мостовой схемы определяются расчетным путем для каждой градуировки и предела измерения прибора. Резистор R6 служит для снижения напряжения питания измерительной цепи до 1,5В.
Первичный преобразователь (термометр сопротивления) Rt подключается к прибору соединительными проводами, имеющими одинаковое сопротивление.
Третий соединительный провод цепи термометра вводят с целью уменьшения погрешностей прибора от изменения сопротивления соединительных проводов при отклонении температуры окружающей среды от нормальной. Измерительная диагональ cd подключена к входу следящей системы, состоящей из усилителя 1 и реверсивного электродвигателя 2.
Электродвигатель через редуктор связан с ползунком реохорда, указателем 3 и пером.
При изменении контролируемой температуры в объекте меняется сопротивление термометра, что приводит к нарушению равновесия мостовой схемы. В измерительной диагонали появляется напряжение рассогласования, которое усиливается усилителем и приводит во вращение электродвигатель, перемещающий скользящий контакт реохорда до наступления уравновешивания мостовой измерительной схемы. В этом случае двигатель останавливается и стрелка отсчетного устройства показывает новое значение температуры в объекте.
5.3. Описание лабораторной установки
На лицевой панели лабораторного стенда (рис. 3) смонтирована измерительная схема моста 1, автоматический мост 2, колодка зажимов моста 3, декады магазинов сопротивления 4 для изменения сопротивления соединительных линий, в диапазоне 0 1 Ом с шагом 0,1 Ом, тумблер 5 включения питания.
На приставке к стенду установлен магазин сопротивлений Р 4831, служащий имитатором термометра сопротивления.
5.4. Порядок и методика выполнения работы
5.4.1. Определить технические характеристики приборов и заполнить таблицу:
тип градуировки предел измерен. класс точности цена деления сопротивление линии примечание
5.4.2. Контроль исправности прибора
Собрать схему для поверки моста в соответствии с рис. 2.
К клеммам 1, 2, 3 через добавочные резисторы 4 подключить образцовый магазин сопротивления (Р 33 ) Р 4831 установить в нулевое положение. Включить тумблером 5 питание лабораторной установки. Переключатель в измерительном блоке прибора установить в положение «Контроль».
Клеммы 1, 2, 3 автоматического моста замыкаются и параллельно резистору подключается добавочное сопротивление, что вызывает разбаланс схемы. Указатель должен устанавливаться против красной отметки на шкале с погрешностью 3 мм.
5.4.3. Поверка показаний
Переключатель в измерительном блоке моста перевести в положение «Работа тока»
Поверка автоматического моста заключается в сравнении показаний с действительными значениями, определяемыми по градуировочной таблице (приложение 3).
Образцовый магазин сопротивления, подключенный к мостовой схеме, служит калиброванным сопротивлением, имитирующим термометр сопротивления. Изменяя сопротивление образцового магазина сопротивления в соответствии с градуировочной таблицей, совмещают стрелку прибора с поверяемой отметкой шкалы прибора.
Поверка производится по оцифрованным отметкам прибора при прямом и обратном ходе шкалы прибора.
Результаты измерений занести в таблицу и вычислить погрешности:
Отметки шкалы прибора сопротивлен. термометра по градуировочной таблице Показания образцового магазина Погрешности прибора Вариации
абсолютная Приведенная прямой ход обрат. ход прямой ход обратный ход °С Ом Ом Ом Ом Ом % 5.4.4. По полученным результатам построить графики зависимостей:
Rt = f(t),R1 = f(t)или R2 = f(t)
на одних и тех же осях координат.
5.4.5. Определить дополнительную погрешность показаний при изменении сопротивления соединительных линий.
В измерительную цепь моста введены уравнительные катушки, суммарное сопротивление которых составляет сопротивление соединительных линий. Опыт производить при изменении сопротивления линии на +20% от номинального значения. Поверку осуществить на трех отметках шкалы (начало, середина, конец). Результаты поверки занести в таблицу:
Отметки шкалы прибора Показания образцового магазина сопротивления Погрешности
при Rвнпри Rвн + 20% абсолютная Rвн + 20% приведеннаяRвн + 20%
С Ом Ом Ом %
5.4.6. Сделать заключение о пригодности прибора.
5.4.7. Теоретически изменить схему подключения термометра сопротивления и сделать прогноз относительно погрешностей измерения.
5.4.8. Осуществить переградуировку шкалы прибора на заданный преподавателем предел измерения. Какие из сопротивлений измерительной схемы необходимо изменить при этом? Выполнить расчет и организовать постановку опыта.
5.5. Составить отчет по работе.
Необходимо в отчете дать краткое описание работы (цель, содержание, характеристики приборов), одну из измерительных схем, таблицы с результатами проверки, графики, заключение о пригодности прибора.
5.6. Контрольные вопросы
Что такое градуировочная характеристика термометра сопротивления.
Двух- и трехпроводные схемы подключения термометра сопротивления и их особенности.
Устройство и принцип действия автоматического и неавтоматического моста.
Может ли работать один и тот же мост с различными типами термометров сопротивления?
6.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛОГОМЕТРА»
6.1. Цель и содержание работы
Ознакомление с измерительными приборами, работающими в комплекте с термометрами сопротивления.
Освоение методов поверки производственных логометров, определение его технических характеристик, исследование различных режимов работы.
6.1.2. Содержание работы
Изучение методов измерения температуры с помощью сопротивления.
Изучение измерительных приборов, работающих в комплекте с термометрами сопротивления, определение их технических характеристик.
Поверка логометра и исследование режимов его работы.
Составление отчета.
6.2. Теоретические сведения
Измерение температуры термометрами сопротивления основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении их температуры.
Температурный коэффициент электрического сопротивления проводников положителен (сопротивление возрастает при повышении температуры), а полупроводников – отрицателен (сопротивление понижается при повышении температуры).
Таким образом, омическое сопротивление проводника или полупроводника представляет некоторую функцию от температуры:
R = f(t)
Серийно выпускаются платиновые термометры сопротивления ТСП для температур от –200 до + 550 С, медные ТСМ для температур от –50 до +180С.
Как платиновые, так и медные термометры сопротивления выпускаются нескольких градуировок, которые отличаются друг от друга начальным сопротивлением.
Для измерения температуры термометрами сопротивлений необходим комплект, который включает в себя следующие элементы:
Термометр сопротивления
Измерительный прибор (уравновешенный мост, неуравновешенный мост, логометр)
Соединительные провода
Логометры являются магнитоэлектрическими приборами, подвижная система которых состоит из скрещенных под острым углом и жестоко связанных между собой рамок. На схеме (рис. 1) сопротивление рамок обозначены Rр1 и Rр2 (обычно рамки имеют одинаковое число витков, поэтому Rр1 = Rр2). Магнитная система логометра состоит из постоянного магнита 1 с полюсными наконечниками и неподвижного стального сердечника 2. Воздушный зазор между сердечником 2 и полюсными наконечниками увеличивается от центра полюсных наконечников к их краям.
Благодаря этому, магнитная индукция уменьшается от центра к краям примерно по квадратичному закону. Подвод тока к рамкам производится через спиральные пружины с малым противодействующим моментом, эти же пружинки обеспечивают возврат стрелки в исходное положение при отключении источника питания. Таких пружинок в логометре 3. Рамки получают питание от одного источника с напряжением E, в цепь первой рамки включено постоянное напряжение R1, а в цепь второй рамки – постоянное сопротивление R2 и сопротивление термометра Rt. Постоянные сопротивления R1 и R2 выполняются из магнита. Вращающие моменты рамок М1 и М2 направлены навстречу друг другу. Подвижная система находится в покое, когда вращающиеся моменты рамок равны, т.е. М1 = М2.
Учитывая, что

где I1, I2 – токи рамок,
В1, В2 – магнитная индукция в соответствующих зонах расположения рамок, условие равновесия можно записать в следующей форме:
(9)
Допустим, что в начальном состоянии R1 = R2+Rt.
В таком случае при R1 = R2 токи рамок равны и подвижная система займет положение, симметричное относительно оси магнитной системы. При повышении температуры контролируемой среды сопротивление термометра Rt возрастает, что приведет к уменьшению тока I2 и вращающего момента М2 второй рамки. В результате равновесие нарушается, и подвижная система поворачивается по часовой стрелке, причем рамка 2 переходит в зону большей, а рамка 1 – в зону меньшей магнитной индукции.
В определенном положении подвижной системы вновь наступит равновесие.
Можно считать, что каждому положению подвижной системы, характеризующемуся углом поворота , соответствует определенное соотношение магнитной индукции, т.е.
(10)
Из выражений (9) и (10) следует, что в установившихся соотношениях
(11)
Преобразуем полученное соотношение, заменив:

Тогда (12)
Таким образом, угол поворота подвижной системы логометра зависит от соотношения сопротивлений цепи рамок и в принципе не зависит от величины напряжения источника питания.
Однако, практически при больших изменениях напряжения наблюдается зависимость, что связано с перегревом рамок и пружинок при повышении напряжения и увеличением роли противодействующего момента пружинок и момента трения в опорах при понижении напряжения.
Из выражения (12) следует, что при постоянных сопротивлениях Rр1; Rр2; R1; R2 угол поворота подвижной системы можно рассмотреть как функцию только сопротивления термометра, т.е.
= F (Rt)
Для увеличения чувствительной рамки логометра включают в мостовую схему, позволяющую осуществлять температурную компенсацию. В логометре используется неуравновешенная мостовая схема.
На рис. 2 представлена измерительная мостовая схема логометра с манганиновыми резисторами. Мост образован постоянными резисторами R1; R2; R3; R6 и термометрами сопротивления Rt.
В диагональ cd включается источник постоянного напряжения.
Напряжение питания логометра 4В.
Рамки включены последовательно между противоположными вершинами моста, образуя измерительную диагональ ab.
Средняя точка между рамками соединена через последовательно включенные медный резистор R5 и манганиновый R4 с вершиной моста, к которой подведен один провод источника питания, второй провод источника питания подключен к противоположной вершине.Резистор R4 служит для изменения угла отклонения подвижной системы, а R5 для температурной компенсации.
Для обеспечения большой чувствительности мостовая схема прибора симметрична, т.е. R2 = R3.
Термометр сопротивления подключается по трехпроводной схеме, т.е. исключается влияние колебаний температуры окружающей среды на показания логометра, т.к. соединительные провода при этом включены в разные плечи моста.
Изменение сопротивления термометра вызывает изменение тока в одной из рамок и поворот подвижной системы прибора до достижения равновесия, т.е. измерение выполняется методом непосредственной оценки.
Возможно включение термометра по двухпроводной схеме. В этой схеме минус источника питания присоединяют к клемме 2 логометра. При этом оба соединительных провода оказываются включенными в одно плечо последовательно с сопротивлением R6 и Rt.
6.3. Описание лабораторной установки
Общий вид стенда лабораторной установки представлен на рис.3 и рис.4 На лицевой панели стенда представлены:
– измерительная схема
– логометр
– колодка зажимов логометра
– вольтметр
– источник питания с клеммами «+» и «–»– декады магазинов сопротивления
– тумблер включения питания стенда
– переключатель
– ключ или ручка реостата
На приставке к стенду устанавливается образцовый мост постоянного тока МО-62.
С помощью вольтметра 4 контролируется напряжение питания логометра, изменение напряжения питания обеспечивается поворотом ручки ключа или реостата 9.
Декады магазинов сопротивления 6 служат для изменения сопротивления соединительных линий.
Переключатель 8 на рис. 3 служит для выбора режима работы прибора 4. При переводе ключа 8 в положение V прибор работает в режиме вольтметра.
На стенде рис. 4 напряжение питания контролируется цифровым вольтметром. В образцовый мост встроены калиброванные сопротивления, которые используются для имитации термометра сопротивления.
6.4. Порядок и методика выполнения работ
6.4.1. Определить технические характеристики приборов и заполнить таблицу
№ Тип прибора Тип градуировки Предел измерения Класс точности Цена деления Сопротивление соединительных линий
6.4.2. Поверка контрольной точки
Собрать схему в соответствии с рис. 5, где:
– клеммы логометра
– мост МО-62
– схема подключения резисторов в МО-62
Переключатели декад магазинов сопротивлений Rл и магазинов сопротивлений моста МО-62 установить на нулевые деления. Провод с клеммы 3 перебросить на клемму 1 логометра. Включить тумблеры питания стенда. Поворотом ручки ключа или реостата 9 установить напряжение питания 4 В (измеряется вольтметром). Стрелка логометра должно устанавливаться на контрольной отметке; необходимо изменить сопротивление Rл с помощью магазина сопротивлений, подключенного к клемме 1 логометра.
6.4.3. Проверить температурную шкалу прибора.
Провод с клеммы 1 подключить к клемме 3 логометра (переключение в схеме производить при отключении питания стенда). Включить питание, установив напряжение 4 В.
Поверка шкалы логометра проводится с помощью калиброванного магазина сопротивлений, имитирующего термометра сопротивления.
Поверяются оцифрованные отметки шкалы при прямом и обратном ходе стрелки прибора.
Результаты измерений занести в таблицу и вычислить погрешности.
№ Показания Погрешности Вариации
Логометра магазина сопротивления абсолютная Приведенная, относительная Абсолютная Приведенная
по градуир. табл. по шкале прямой ход обрат. ход прямой ход обрат. ход Ом С Ом Ом Ом Ом % Ом %
6.4.4. Определение дополнительной погрешности, вызванной изменением напряжения питания на 20% от номинального значения
Влияние напряжения на точность измерений определяют путем сравнения результатов измерений на трех отметках шкалы (начало, середина, конец) при прямом ходе стрелки прибора.
Результаты измерений занести в таблицу и вычислить погрешности.
№ Показания Погрешности
логометра Магазина сопротивления абсолютная приведенная
V V +20% V –20% V +20% V –20% V +20% V –20%
С Ом Ом Ом Ом Ом % %
6.4.5. Определить дополнительную погрешность, вызванную изменением сопротивления линии на +20% от номинального.
Переключатели декад магазинов сопротивлений 6 (рис.3) установить на деления, соответствующие приросту сопротивления Rл в каждой соединительной линии.
Результаты измерений на двух отметках шкалы занести в таблицу и вычислить погрешности.
№ Показания Погрешности
Логометра Магазин сопротивления абсолютная приведенная
Rл Rл + 20% 6.4.6. Проверить логометр при двухпроводной схеме подключения термометра сопротивления.
Продумать схему подключения МО-62 к стенду при двухпроводной схеме включения термометра сопротивления. Выполнить поверку логометра при нормальном Rл и при Rл + 20%. Результаты измерения занести в таблицу (пункт 6.4.5.) и вычислить погрешности.
6.4.7. Сделать заключение о пригодности прибора к эксплуатации.
6.4.8. Продумать возможности подключения к логометру термометра сопротивления другой градуировки. Организовать постановку опыта.
6.5. Оформить отчет о работе
В отчете необходимо дать краткое описание работы (цель, содержание, характеристики приборов), одну из схем, таблицы поверки, заключение о годности прибора.
6.6. Контрольные вопросы
Принцип действия логометра
Какие существуют схемы подключения термометра сопротивления?
Как влияют на показания логометра колебания напряжения питания?
За счет чего может измениться сопротивление соединительных линий?
7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ»
7.1. Цель и содержание работы
7.1.1. Цель работы
Целью работы является освоение техники технологических измерений и закрепление знаний студентов по разделу «Деформационные приборы для измерения давления»
В процессе выполнения этой работы студент должен:
Ознакомиться с устройством деформационных приборов давления и вакуума, определить их технические характеристики.
Научиться правильно пользоваться приборами для измерения давления и оценивать их погрешности и поправки.
Содержание работы
Ознакомиться с представленными на стенде различными деформационными (пружинными) манометрами для измерения давления и их основными техническими данными.
Ознакомиться с представленными на данном учебном стенде плакатами, схемами, таблицами и обязательной технической документацией на поверке.
Ознакомиться с устройством и работой грузопоршневого манометра.
Произвести поверку показаний двух манометров (лабораторного и технического) в следующем порядке:
а) подготовить грузопоршневой манометр к производству испытаний;
б) подготовить и подключить к грузопоршневому манометру в первую очередь лабораторный манометр;
в) произвести поверку показаний лабораторного пружинного манометра путем сравнения с эталонными грузами;
г) подготовить и подключить к поршневому манометру технический пружинный манометр;
д) произвести поверку технического пружинного манометра методом сравнения его с показаниями лабораторного (образцового) манометра;
е) составить отчет по поверке лабораторного и технического пружинных манометров и дать обоснованное заключение о пригодности проверяемых приборов к эксплуатации.
7.2. Краткие теоретические сведения
Деформационные манометры – технические приборы, наиболее широко применяемые для измерения избыточного давления и вакуума жидкости, газа и пара. Манометры этого типа имеют очень большой диапазон измерения, просты по конструкции, дешевы и надежны в эксплуатации.
Действия пружинных манометров основано на связи упругой деформации специального элемента (пружины) с давлением, подводимым внутрь или снаружи элемента.
В технических манометрах применяются упругие элементы четырех типов: одновитковые трубчатые пружины (трубки Бурдона), многовитковые (геликоидальные и спиральные) трубчатые пружины, плоские мембраны и гормониковые мембраны (сильфоны).
Соответственно этому различают трубчатые (первые два типа упругих элементов) и мембранные манометры.
Манометрическая пружина (упругий элемент) преобразует давление в перемещение или усилие.
Перемещение пружины используется затем для передвижения стрелки по шкале показывающего и самопишущего прибора.
Наиболее широко применяются приборы (манометры, вакуумметры, мановакуумметры и дифанометры) с одновитковой трубчатой пружиной.
Основная деталь прибора с одновитковой трубчатой пружиной – согнутая по дуге окружности трубка эллиптического или плоскоовального сечения (рис. 1). Одним концом трубка заделана в держатель, оканчивающийся ниппелем с резьбой для присоединения к полости, в которой измеряется давление. Внутри держателя есть канал, соединяющийся с внутренней полостью трубки.
Если в трубку подать жидкость, газ или пар под избыточным давлением, то кривизна трубки уменьшится и она распрямиться: при создании разряжения внутри трубки кривизна ее возрастает и трубка скручивается. Так как один конец трубки закреплен, то при изменении трубки ее свободный конец перемещается по траектории близкой к прямому и при этом воздействует на передаточные механизмы, который поворачивает стрелку показывающего прибора.
Свойство изогнутой трубки некруглого сечения изменять величину изгиба при изменении давления в ее полости является следствием изменения формы сечения. Под действием давления внутри трубки эллиптическое или плоскоовальное сечение, деформируясь, приближается к круглому сечению (малая ось эллипса или овала увеличивается, а большая уменьшается). Перемещение свободного конца (которое составляет несколько мм) передается к стрелке прибора передаточным механизмом: секторным или рычажным.
В секторных механизмах движение конца трубки 1 передается через поводок 2 и зубчатый сектор 3 с осью вращения в точке О на маленькое зубчатое колесо 4, жестко скрепленное со стрелкой 5 прибора.
Устройство поршневого манометра, предназначенного для контрольных измерений, показано на рис. 2.
Стальной сосуд 19 заполняют трансформаторным маслом. Вертикальный цилиндр 9 имеет шлифованный канал, в который вставляют шлифованный поршень 7 с тарелкой для груза 8. В штуцера 12 и 20 ввертывают поверяемые манометры 10. Игольчатые винтили 6, 5, 5 и служат для перекрытия каналов, вентиль 4 для спуска масла. Рабочее давление в сосуде определяется выбором величины груза 8:

где G – вес груза и поршня;
F – сумма площади поршня и половины площади зазора.
Перемещение поршня 7 вызывает подъем штока с грузом.
Порядок работы с поршневым манометром должен быть следующим. После установки в штуцерах 12 и 20 поверяемых манометров, в рабочий сосуд 19 поршневого манометра подается масло и с помощью поршня 7 и груза 8 добиваются заданной величины рабочего давления.
7.3. Средства, условия и правила поверки
1. Для поверки рабочих пружинных манометров допускается применение следующих образцовых приборов:
а) пружинных манометров классов точности 0,2 и 0,35;
б) поршневых манометров 3-го и 8-го разрядов с соответственно допустимыми (предельными) погрешностями 0,50,1 и 0,10,3%.
Для поверки рабочих манометров на месте их установки служат контрольные манометры, имеющие две трубчатые пружины и две стрелки. Контрольные манометры с секторным механизмом – с концентрической шкалой класса 0,5, а с рычажным механизмом – эксцентрической шкалой класса 1.
2. При выборе того или другого образцового прибора необходимо руководствоваться следующим:
а) предельное давление образцового прибора должно быть не менее предельного давления поверяемого прибора и чтобы номинальное значение давления поверяемого прибора было не менее начальной трети от предельного давления образцового прибора;
б) допустимая погрешность образцового прибора должна быть в четыре раза меньше допустимой погрешности поверяемого прибора.
Условия и правила поверки
1.Поверку пружинных трубчатых и пластинчатых манометров производят в лаборатории, сличая показания прибора с действительной величиной созданного в нем давления, измеренного образцовым манометром, или сопоставляя с количеством и весом грузов, накладываемых на тарелку поршневого манометра.
2.Образцовый манометр должен быть вполне исправным, иметь не просроченное свидетельство его государственной поверки, пломбу и находиться в рабочем состоянии.
3.Температура окружающей среды при поверке не должна отличаться от нормальной (+20С) более чем на 5С.
4.Приборы с предельным давлением до 1,6 кг/см2 включительно проверяют при помощи сжатого воздуха.
При поверке приборов с предельным давлением свыше 1,6 кг/см2 прессы и другие проверочные установки должны быть заполнены жидкостью небольшой вязкости, а весь воздух из них удален.
1.Прибор должен поверяться в том положении, при котором он находится в рабочем состоянии.
2.Поверка манометров класса 1; 1,5; 2,5 должна производится не менее, чем на пяти отметках, а класса выше чем 2,5 на 4-х и трех отметках, распределенных равномерно в пределах всей шкалы поверяемого манометра.
7.4. Порядок и методика выполнения работ
7.4.1. Оценить технические характеристики приборов и заполнить таблицу:
№ Тип прибора Класс точности Предел измерения Цена деления
7.4.2. В соответствии с заданием, изложенными в данной инструкции, студентам необходимо произвести поверку двух пружинных манометров:
а) лабораторного пружинного манометра путем сравнения с эталонными грузами;
б) технического пружинного манометра способом сравнения его показаний с показаниями лабораторного (образцового) манометра.
Поверка производится с помощью поршневого манометра, описание которого давалось в данной инструкции.
Предварительно с помощью установочных винтов поршневой манометр устанавливают по уровню.
Для выполнения первой части практического задания, то есть для поверки пружинного лабораторного манометра, необходимо:
В один из штуцеров (левый) вставить лабораторный пружинный манометр. При этом нужно проследить, чтобы вентили 4, 5, 5, 6 были закрыты.
Включить лабораторный манометр на поверку. Для этого открыть вентили 5 и 6.
Произвести поверку пяти контрольных точек лабораторного манометра при возрастающем давлении (прямой ход). Для этого:
а) на тарелку 8 поршневого манометра положить груз, соответствующий первой контрольной точке (необходимо учесть вес самого поршня с тарелкой, равной 1 кг);
б) с помощью винтового пресса вращением рукоятки 13 создать необходимое давление так, чтобы поднять шток 7 с грузом на некоторую высоту (высота поднятия контролируется по риске на теле штока);
в) легким толчком сообщить грузу вращательное движение;
г) запись показаний произвести до постукивания пальцем по корпусу лабораторного манометра и после постукивания;
д) предохраняя шток от резкого опускания (поддерживая его рукой) на тарелку поместить груз, соответствующий второй контрольной точке, и вращением рукоятки 13 создать давление необходимое для установки штока на уровень риски и т.д.
4. После выдержки в течении 5 минут в конце шкалы произвести поверку тех же контрольных точек лабораторного манометра при снижении давления (обратный ход).
Методика поверки на обратном ходе аналогична.
Для выполнения второй части практического задания, то есть для поверки технического пружинного манометра способом сравнения его показаний с показаниями лабораторного (образцового) манометра необходимо:
Поместить поверяемый манометр на установку. Проследить, чтобы вентили 4, 6, 5, 5 были закрыты.
Включить образцовый и поверяемый манометры на поверку. После этого открыть вентили 5 и 5!
Произвести поверку всех оцифрованных отметок шкалы поверяемого манометра при возрастающем давлении (прямой ход).
Для этого:
а) с помощью винтового пресса, вращением рукоятки 13 создать необходимое давление так, чтобы стрелка поверяемого прибора установилась на оцифрованную отметку;
б) запись показаний поверяемого и образцового манометров производить до и после постукивания по корпусу поверяемого прибора.
Поверка при обратном ходе аналогична.
Результаты поверки заносят в таблицу.
Действител. давление кг/см2Показания поверяемого прибора при давлении Погрешность при давлении (до постукивания) Вариация кг/
см2Приведенная погрешность
%
повышающемся понижающимся отсчет до постукивания кг/см2отсчет после постукивания кг/см2Смещение стрелки кг/см2отсчет до постукивания кг/см2отсчет после постукивания кг/см2Смещение стрелки кг/см2Повышающемся кг/см2Понижающемся кг/см21 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
7.5.Отчет по работе
Отчет по работе состоит из:
Краткого описания работы.
Схемы манометра или установки.
Протокола поверки манометра.
Заключения о годности прибора к эксплуатации.
7.6.Контрольные вопросы
Зачем проводится постукивание по корпусу поверяемого и образцового пружинного манометра?
Чем объясняется вариация показаний пружинных манометров?
Какие условия необходимо учитывать при выборе манометра?
Перечислите конструктивные разновидности пружинных манометров и их особенности?
Как проводится поверка показаний рабочего пружинного манометра на месте установки?
Что может вызвать появление дополнительных погрешностей?
10.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Кулаков М.В. «Технологические измерения и приборы для химических производств», изд-во М. «Машиностроение», 1983г.
Петров И.К. «Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности», М., Агропромиздат, 1985г.
Сердобинцев С.П. Автоматика и автоматизация производственных процессов в рыбной промышленности.-М.: Колос, 1994г.
Фарзане Н.С., Ильясов Л.В., Азим-заде А.Ю. Технологические измерения и приборы.-Уч.для студ.Вузов.-М.:Высшая школа.1989г.
Таланов В.Д., Кочетков А.Г. и др. Технологические измерения и приборы/ Под ред. Клюева А.С. Фирма "Испо-Сервис", 1995г.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ6.1 Требования к оформлению контрольной работы
Контрольная работа является составной частью самостоятельной работы студента заочной и сокращенной форм обучения по усвоению программы дисциплины.
Контрольное задание включает три задачи и два теоретических вопроса. При выполнении задач предусматривается определение параметров и характеристик приборов и измерительных преобразователей температуры, давления, расхода газа и жидкости, уровня жидкости, влажности газа и воздуха; определение метрологических параметров и характеристик приборов и измерительных преобразователей. Задачи, расчеты и теоретические вопросы должны выполняться с подробными пояснениями и ссылками на литературу. При решении задач необходимо использовать рекомендуемую литературу.
Перед выполнением каждого задания необходимо изучить программный материал курса, относящийся к данной теме.
При выполнении контрольной работы необходимо:
- правильно оформить графики. Оси координат должны быть обозначены, на осях проставлены масштабные деления и их цифровые значения. Чертить графики необходимо на клетчатой или миллиметровой бумаге;
- схемы чертить в соответствии с действующими стандартами на буквенные и графические обозначения элементов схем (схемы можно выполнить в графическом редакторе на компьютере);
- список литературы должен быть приведен в конце контрольной работы. При выполнении работы должны быть приведены ссылки на использованную литературу;
все расчеты производятся в системе СИ;
справочные данные и коэффициенты указаны в справочной литературе
Применение ксерокопий в задании, требующем графического выполнения схем, не допускается.
Контрольные задания разработаны на 30 вариантов. Номер варианта для студентов-заочников выбирается согласно заданию преподавателя.
Контрольные работы, выполненные небрежно, с нарушением предъявляемых требований и не соответствующие заданному варианту, не зачитываются.
6.2 Теоретические сведения
1.2 Измерение температуры
(задача № 1 для вариантов 1 – 30)
1. Термометры расширения действуют на основании способности жидкости изменять свой объем, а твердых тел – размер при изменении температуры.
Жидкостный термометр расширения состоит из резервуара, заполненного жидкостью (ртуть, спирт), капиллярной трубки и шкалы. Объем жидкости в зависимости от температуры определяется по формуле
V = V0 [ 1+ αV (t – t0)] (1.1)
где V и V0 – объемы жидкости при температурах tо и tо0, м3;
αV - коэффициент объемного расширения, 1/Со.
Дилатометрический термометр расширения действует на основании использования теплового линейного расширения твердых тел (стержней, пластинок, спиралей).
l = l0 [1 + (t – t0)] (1.2)
где l и l0 – линейные размеры при температуре t и t0, м;
α e - коэффициент линейного расширения, 1/оС.
Перемещение стержня с большим коэффициентом линейного расширения передается через рычажную передачу указательной стрелке. Относительное перемещение стрелки l, вызванное изменением температуры, находят по формуле:
l = k l0 α e t, (1.3)
где k – отношение плеч рычага;
l0 – начальная длина стержня, м;
t - измерение температуры, оС.
2. Манометрический термометр состоит из чувствительного элемента – термобаллона, погруженного в измерительную среду, капиллярной трубки и трубчато-пружинного манометра. Все элементы соединены герметично, вследствие чего внутренняя полость термометра представляет собой замкнутое пространство, заполненное газом или жидкостью. При нагревании термобаллона в системе создается давление, которое вызывает перемещение механизма указателя.
В газовых термометрах термобаллон заполнен азотом, аргоном или гелием, и зависимость давления от температуры определяется по формуле:
Р = Р0 [ 1+ αV (t – t0)] (1.4)
где Р, Р0 – давление газа при температурах t и t0, Па;
α V - коэффициент объемного расширения газа, 1/Со.
3.Термоэлектрический преобразователь (термопара) работает на основании возникновения термо-ЭДС в цепи, состоящей из двух разнородных проводников при наличии разности температур t и t0 соединений их концов.
Одно из соединений термопары (холодный спай) находится в среде с постоянной температурой, а другое (горячий спай) – в измерительной среде. Зависимость Е = f (t,t0) , близка к линейной и определяется материалами проводников термоэлектрической цепи. Для расчетов используются градуировочные таблицы значений Е= f (t,t0) при t0=0оС, которые приведены в приложении А.
Обычно измерения проводят в окружающей среде, температура которой отличается от 0оС, поэтому необходимо вводить поправку на температуру холодных спаев. Её можно рассчитать по формуле:
tист = tи + k(tх – t0)], (1.5)
где tист и tи – истинное и измеренное значение температуры, оС;
tх и t0 - температура холодных спаев при измерении и градуировке
(t0 = 0оС);
k - поправочный коэффициент, значение которого приведено в справочной литературе.
Термопара работает в комплекте со вторичными приборами: милливольтметром и потенциометром.
Напряжение на выводах милливольтметра связано с термо-ЭДС соотношением
Et U = --------------, (1.6)
1 + Rвн / RV
где Rвн – сопротивление измерительной цепи (термопары, соединительных проводов, контактов и т.д.), Ом;
RV - внутреннее сопротивление вольтметра, Ом.
Металлические проволочные термосопротивления характеризуются следующими зависимостями сопротивления от температуры: платиновые (ТСП) в диапазоне от 0о до 650оС
Rt = Ro (1+ α 1t + α2t2), (1.7)
182054512382500
где α 1 = 3,97 10-3 1/оС температурные коэффициенты
α 2 = 5,85 10-7 1/оС2 сопротивления
медные (ТСМ) в диапазоне от -50оС до 180оС
Rt = Ro (1+ α t t) (1.8)
где α t = 4,26 10-3 1/оС.
Сопротивление Ro градуируют при 0оС. В Приложении показаны основные данные термосопротивлений.
Термосопротивления работают в комплекте со вторичными приборами: логометрами и измерительными мостами.
1779905631190РА
R1
R2
R3
RtGB
00РА
R1
R2
R3
RtGB
Схема уравновешенного моста приведена на рисунке 1. В одно из плеч моста включено термосопротивление. Питание от источника напряжения GB подключено к одной из диагоналей моста, в другую включен измерительный прибор. Если мост уравновешен, то ток в измерительной диагонали равен нулю; условие равновесия моста R2Rt = R1R3.
263207597155GB
00GB

Рисунок 1 – Схема уравновешенного моста
Принцип измерения температуры состоит в том, что при изменении сопротивления Rt с помощью переменного резистора R3 добиваются равновесия моста. Указатель шкалы связан с подвижным контактом переменного резистора R3 (шкала отградуирована в оС).
1.3 Измерение давления
(задача 2 для вариантов 1-14)
1 Жидкостные манометры.
В жидкостных манометрах используется принцип сообщающихся сосудов. Действие их основано на уравновешивании измеряемого давления силой тяжести столба жидкости.
Для U-образного двухтрубного манометра давления определяется по разности уровней жидкости в трубах, в которые подаются атмосферное и абсолютное давления (или разность давлений).
240030027305РатмРабс0
00РатмРабс0

Рисунок 2 – Жидкостный манометр
Ризб = gh (1.9)
P = P1 – P2 = qh, (1.10)
где - плотность заполняющей трубки жидкости, кг/м3
q - ускорение силы тяжести, м/с2.
2. Деформационные манометры действуют по принципу преобразования давления в перемещение упругого элемента. В зависимости от типа применяемых элементов различают мембранные, сильфонные, трубчато-пружинные манометры.
20256502540D
P
hmax1
2
3
4
00D
P
hmax1
2
3
4


1 – мембрана; 2 - рычаг; 3 – стрелка; 4 – шкала
Рисунок 3 – Деформационный манометр (мембранный)
Максимальное перемещение центра мембраны под действием давления (рисунок 3) определяется по формуле:
PD4
217805012192000 max = 0,17 (1.11)
16 EG h
где ЕG – модуль упругости, Па;
D - диаметр мембраны, м;
h - толщина мембраны, м;
Максимальное допустимое механическое напряжение на мембране max (Па):
PD2
22860009969500 max = 0,75 (1.12)
4h2
3. Электрические преобразователи давления действуют по принципу преобразования давления в электрический сигнал. К таким преобразователям относятся пьезоэлектрические, тензометрические, емкостные.
В пьезоэлектрических преобразователях используется явление возникновения напряжения U на гранях кристаллов при воздействии на них механического усилия или давления.
1012 К Р S
22860008509000 U = (1.13 ) Cвх/ n + Co
где К- пьезоэлектрическая постоянная, Кл/н
( для кварца К = 2,2 10-12 Кл/н);
S – площадь поверхности кристалла, м2
Свх – емкость измерительной цепи, пФ;
Со – емкость кристалла, пФ;
n - число пластинок кристалла;
Р - давление (Па).
Емкость Со (пФ) пьезокристалла определяется по формуле:
8,9 S
21717007302500 С0 = (1.14)
hгде - относительная диэлектрическая проницаемость ( для кварца = 4,5);
h - толщина кристалла, м;
S- площадь пластины, м2.
В тензометрических преобразователях давления используется явление изменения сопротивления металлических проволочных и полупроводниковых резисторов при их деформации.
Обычно тензометрические датчики наклеивают на упругие элементы (например, мембраны) преобразователей давления и включают в мостовые измерительные схемы.
Относительное изменение сопротивления R линейно зависит от изменения длины l.
R Кq l Кq F
----- = ---------- = -------, (1.15)
R l S EG
где Кq - коэффициент тензочувствительности (0,5 – 2,5);
F - сила, приложенная к площади S упругого элемента
ЕG – модуль упругости, Па.
В емкостных преобразователях давления использовано явление изменения емкости плоского конденсатора при изменении расстояния между его обкладками под действием давления [1].
1.3 Измерение расхода жидкости и газа
(задача 2 для вариантов 15-30)
Расход вещества – это масса или объем вещества проходящего через известное сечение в единицу времени (м3/с, кг/с).
1. Измерение расхода методом переменного перепада давления.
Расходоизмерительная система состоит из сужающего устройства (диафрагма, сопло), устанавливаемого в трубопроводе, импульсных трубок и дифманометров.
Действие расходомеров этого типа основано на измерении перепада давления потока на сужающем устройстве. Объемный расход газов и жидкостей QV через сужающее устройство определяется по формуле:

QV = αQ*C*mQ2 (1.16)
где αQ - коэффициент расхода (в справочнике);
C - коэффициент сжимаемости (для жидкости C = 1);
V - плотность жидкости или газа, кг/м3;
Р - перепад давления, Па;
mQ - d/D – характеристический коэффициент (0,05 mQ 0,6);
d - диаметр сужающего устройства;
D - диаметр трубопровода.
При измерении расхода с помощью сужающих устройств требуются нормированные условия среды (температура и атмосферное давление).
2. Турбинные расходомеры
В турбинных расходомерах основным элементом служит турбинка (крыльчатка), вращающаяся в потоке жидкости. Вращение передается через специальный механизм к счетному устройству. Частота вращения турбинки n пропорциональна средней скорости потока Vср и расходу Q
K Vср K QV n = -------- = ---------, (1.17)
l S * l
где К – постоянный коэффициент для данного типа счетчика;
l - шаг лопастей турбинки, м;
S - площадь поперечного сечения, м2.
3. Объемные расходомеры
В объемных расходомерах вращаются два подвижных элемента (шестерни, восьмеричные роторы), отмеривающие при своем движении определенные объемы жидкости (измерительный объем). Объемный расход определяется по формуле:
q n QV = ---------, (1.18)
t1 – t2
где q - измерительный объем, м3
n – количество;
t1 – t2 – промежуток времени, с.Контроль и учет расхода жидкости проводится по результатам подсчета числа оборотов шестерен.
4. Индукционные (электромагнитные) расходомеры
Индукционные расходомеры служат для непосредственного преобразования расхода в электрический сигнал. Они предназначены для измерения расхода проводящих жидкостей. Действие индукционных расходомеров основано на возникновении ЭДС в трубопроводе между полюсами электромагнита, которая снимается с помощью электродов.
B*D*Q
25146006540500 E = B* D* Vср = (1.19)
S
где В - магнитная индукция между полюсами электромагнита, Тл;
D - внешний диаметр трубы, равный расстоянию между электродами, м;
S - площадь поперечного сечения трубы, м2.
Для тонкостенных трубопроводов ЭДС определяется по формуле:
4 В Q
Е = ---------, (1.20)
D
1.4 Измерение уровня
(Задача 3 для вариантов 1-16)
1. Поплавковые уровнемеры действуют по принципу перемещения поплавка на поверхности жидкости. Это перемещение затем с помощью механической или электрической передачи поступает на прибор. Уравнение равновесия систем имеет вид:
V V + mпр = mп mтр, (1.21)
где V - объем вытесняемой поплавком жидкости, м3;
V - плотность жидкости, кг/м3;
mпр, mп, mтр, - соответственно масса противовеса, поплавка, неуравновешенной части троса.
2. Пьезометрические (гидростатические) уровнемеры основаны на принципе продувания воздуха через пневматическую трубку, опущенную в резервуар и измерения гидростатического давления.
Р =qh, (1.22)
где - плотность жидкости, кг/м3;
q - ускорение силы тяжести, м/с2;
h - высота столба жидкости.
Принцип работы уровнемеров–дифманометров основан на измерении разности давлений жидкости в резервуаре и уравнительном сосуде. Используются дифманометры-уровнемеры, но их следует градуировать при определенной плотности жидкости.
Р =qh (1.23)
4. Электрические преобразователи уровня (емкостные) основаны на использовании емкостного метода, т.е. зависимости конденсаторного устройства от уровня заполняющей его жидкости. Устройство емкостного уровнемера представляет собой параллельно соединенные цилиндрические конденсаторы С1 (образован частью электродов и жидкостью, уровень которой изменяется) и С0 (образован частью электродов и воздухом). Емкость уровнемера определяется по формуле:
2
28575008382000 С = С1 + С0 = [lа (l0 – l) 0] (1.24)
ln (D1/D2)
где l0 и l - полная длина цилиндра (резервуара) и длина его, заполненная жидкостью, м;
0 и а - абсолютные диэлектрические проницаемость воздуха и жидкости, Ф/м;
D1 и D2 - диаметры внешнего цилиндра (резервуара) и внутреннего цилиндра (электрода), м.155130575565 Со
С1l0
l00 Со
С1l0
l Сх

Рисунок 4 – Емкостной уровнемер
5. Волновые уровнемеры действуют по принципу отражения звуковых или электромагнитных волн от поверхности измеряемой жидкости. Обычно в волновых уровнемерах измеряется время запаздывания отраженного сигнала относительно излучаемого
2h
19050007493000 = (1.25)
V
где h – расстояние от излучателя до поверхности, м;
V – скорость распространения волны в среде над измеряемой
поверхностью, м/с;
Скорость распространения электромагнитной волны зависит от свойств среды.
V = (1.26)
где aa - абсолютная диэлектрическая (Ф/м) и магнитная (Гн/м) проницаемость среды.
Например, скорость распространения электромагнитных волн в воздухе составляет 299 106 м/с.
Скорость звуковой волны (V, м/с) в воздухе определяется по формуле
V = = c KRT, (1.27)
где c - коэффициент сжимаемости газов, м2/Н;
KR - универсальная газовая постоянная, равная 8134 Дж(кг К);
Р, Т - Давление и температура среды
1.5 Измерение влажности воздуха, газа
(Задача №3 для вариантов 17-23)
1 Психрометрический метод
Он основан на использовании зависимости относительной влажности воздуха от разности температур сухого и влажного термометров. Для определения влажности используется психометрическая таблица (в справочнике). Приборы, основанные на
психометрическом методе, оснащены двумя одинаковыми термометрами (термосопротивлениями), один из которых постоянно влажный. При этом используются различные мостовые схемы, рисунок 5.

1143000144780РА
00РА
R
R5 Rc RM
R4
R2

Uпит

Рисунок 5 – Мостовая схема психрометра
2. Конденсационный метод
Конденсационный метод основан на определении относительной влажности по известным температурам воздуха (газа) и точки росы. Эта точка
контролируется визуально или с помощью фотоэлементов. При расчетах можно пользоваться следующим выражением для относительной влажности:
а + Т – в (Т – Тd)
= ----------------------------- * 100% , (1.28)
а + Т + в (Т – Тd)
где Т и Тd - температура воздуха и точки росы;
а и в - постоянные коэффициенты (в диапазоне температур воздуха 293 313К, а = 105, в = 3,9).
Одна из схем гигрометра приведена на рисунке 6.
800100273054
5
6
7
004
5
6
7

10458451225553
003

1960245323852
002

1160145393701
001


188087039370mV00mV
1-источник света; 2- зеркальце; 3- фотоэлемент; 4- усилитель; 5- реле;
6 -полупроводниковая батарея; 7-термоэлектрический преобразователь

Рисунок 6 – Фотоэлектрический гигрометр
Охладителем является полупроводниковая термоэлектрическая батарея 7, работающая по принципу эффекта Пельтье: повышение температуры одного спая и понижение температуры другого спая при прохождении тока в термоэлектрической цепи. К холодному спаю полупроводникового элемента батареи припаяно металлическое зеркальце 2. Для измерения температуры зеркальца к его поверхности припаян термоэлектрический преобразователь, подключенный к милливольтметру.
В отсутствии на поверхности зеркала конденсата, падающий на него от осветителя 1 световой поток отражается и попадает на фотоэлемент 3. В цепи фотоэлемента проходит фототок, который усиливается электронным усилителем и управляет работой реле 5. При этом через термоэлемент полупроводниковой батареи 6 проходит ток и зеркало охлаждается. Появление конденсата на поверхности зеркала приводит к рассеянию светового потока, уменьшающего освещенность фотоэлемента, уменьшению фототока и переключению реле, при котором питание термоэлемента отключается. Так как окружающая температура выше температуры зеркала, конденсат с поверхности зеркала быстро испаряется, и реле вновь включает в работу термоэлемент полупроводниковой батареи.
Емкостные влагомеры
Работают по принципу изменения емкости конденсатора, в котором измеряемое вещество играет роль диэлектрика, с изменением его влажности.
С = (1.29)
где а - абсолютная диэлектрическая проницаемость, Ф/м;
l - высота слоя измеряемого вещества, м;
D1 и D2 -внутренний и внешний диаметры измерительного конденсатора, м.
6.3 Варианты заданий к контрольной работе
Вариант 1
1. При изменении температуры на 40С относительное изменение высоты столбика ртутного термометра составляет 1,02 по сравнению с первоначальным. При каком изменении температуры оно будет 1,08, если коэффициент объёмного расширения ртути 1,72 10-4 1/С?
2. Атмосферное давление в зоне установки двухтрубного манометра, заполненного ртутью с v=14 г/см3, равно 101,3 кПа. Определить избыточное и абсолютное давления, если разность уровней 100 мм.
3. В поплавковом уровнемере масса поплавка 2,8 кг, объём 420 см3, масса противовеса 2 кг. При измерении верхнего уровня поплавок находится на расстоянии 5 м от дна резервуара, а противовес – на расстоянии 2 м, масса троса 0,2 кг на погонный метр. Определить, какая часть объема поплавка будет погружена, если плотность измеряемой жидкости 950 кг/м3.
4. Автоматизация газомоторного компрессора. Автоматический контроль параметров в электрической системе.
5. Виды и методы измерений. Погрешности измерений.
Вариант 2
1. Каким должен быть рабочий ход стержня длиной 100 мм латунного термометра расширения со шкалой -1005000С? Коэффициент линейного расширения принять 0,2 10-4 1/С.
2. Абсолютное давление контролируемой среды менялось от 500 до 1200 кПа, атмосферное давление 101,3 кПа. Определить, в каких пределах меняется разность уровней в двухтрубном манометре, заполненном ртутью с v=14 г/см3.
3. Масса поплавка уровнемера 3 кг. При изменении нижнего уровня он находится на расстоянии 0,2 м от дна резервуара, а противовес массой 2 кг – на высоте 3,5 м. Масса троса 0,2 кг на погонный метр. Определить наименьший объём, который должен иметь поплавок, если плотность жидкости 1000 кг/м3.
4. Автоматический запуск и остановка газомоторного компрессора.
5. Средства измерений, их метрологические характеристики.
Вариант 3
1. При увеличении перепада температур на 200С относительное изменение длины стержня равно 1% от первоначального значения l0. Найти коэффициент линейного расширения материала стержня.
2. Жидкостный манометр отградуирован при атмосферном давлении 101,3 кПа на измерение абсолютного давления до 130 кПа Изменится ли избыточное давление прибора, заполненного ртутью, при падении атмосферного давления до 97 кПа.? Определить относительную погрешность измерения абсолютного давления, если показание прибора соответствует 130 кПа.
3. Определить передаточное число редуктора поплавкового уровнемера, одно из колёс которого связано с барабаном, наматывающим трос, другое – со стрелкой указателя, если при перемещении поплавка от 0 до 1,5 м угол поворота указателя равен 270. Диаметр барабана 100 мм.
4. Автоматический контроль и сигнализация основных параметров газотурбинных установок на компрессорных станциях.
5. Термометры расширения. Устройство, принцип действия, область применения.
Вариант 4
1. Длина указателя дилатометрического термометра равна 150 мм, а расстояние от её точки крепления до латунного стержня (с=0,2 10-41/С) равно 15 мм. Найти цену деления и чувствительность термометра, если начальная длина стержня l0=50 мм.
2. Жидкостный манометр, заполненный спиртом, градуируется при температуре 20С; плотность спирта V0=800 кг/м3. Определить, как изменится чувствительность прибора при температуре 30С, если рV=790 кг/м3. Найти погрешность измерения давления Ризб= 1кПа.
3. Контактно-механический уровнемер рассчитан на измерение уровня до 5 м. Сколько оборотов сделает электромеханическая лебёдка диаметром 0,5 м? Выбрать коэффициент передачи редуктора, связывающего лебёдку с сельсином-датчиком, если его поворот должен быть не более 180.
4. Регулирование параметров газотурбинных агрегатов.
5. Манометрические термометры. Устройство, принцип действия, типы, область применения.
Вариант 5
1. Выбрать соотношение плеч рычага дилатометрического термометра с диапазоном измерения –100… -500С так, чтобы его шкала имела линейный размер 60 мм. В термометре используется латунный стержень (с=0,2 10-41/С) длиной l0 =100 мм
2. Длина каждой из трубок U-образного манометра 0,5 м. Для каких избыточных давлений можно использовать манометр, если его заполнить ртутью (рV=13800 кг/м3), водой (рV=100 кг/м3) или спиртом (рV=800 кг/м3)?
3. На рисунке 7 приведена принципиальная схема мембранного сигнализатора уровня. При каком давлении среды сработает сигнализатор с мембраной диаметром 50 мм и толщиной 0,5 мм, если модуль упругости материала мембраны Е =20 ГПа, а рабочий ход микропереключателя 2 мм?
4. Автоматизация газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-6,3.
5. Термоэлектрические преобразователи. Устройство, принцип действия, типы, характеристики.

1 – мембрана, 2 – диск, 3 – возвратная пружина,
4 – микропереключатель, 5 – корпус
Рисунок 7 – Мембранный сигнализатор уровня
Вариант 6
1. На какие давления должна быть рассчитана термосистема жидкостного манометрического термометра со шкалой от –1000С до 3500С, если при 20С давление 1,5 МПа, а коэффициент объёмного расширения V=0,2%/ С?
2. На рисунке 8 приведен грузопоршневой манометр. Диаметр поршня 50 мм. Рассчитать массу груза таким образом, чтобы с помощью манометра можно было измерить давление до 1 кПа.
3. Какой минимальный уровень жидкости номинальной плотностью рV=950 кг/м3 можно измерить с помощью буйкового уровнемера, если масса буйка 5 кг, диаметр 40 мм?
4. Автоматизация газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-16.
5. Термосопротивления, конструкция, принцип действия, характеристики, типы. Термометры ГПА.

1 – груз, 2 – поршень, 3 – измерительный цилиндр
Рисунок 8 – Грузопоршневой манометр
Вариант 7
1. Найти начальный перепад температур термобаллона, если при его увеличении на 100С давление в термосистеме газового манометрического термометра увеличилось в 2 раза.
2. Мембрана манометра диаметром 80 мм, толщиной 0,8 мм, с модулем упругости 150 ГПа деформируется под действием давления от 2 до 5 мм. Найти диапазон измеряемых давлений.
3. Показания дифманометра пьезометрического уровнемера 1 кПа. Определить значения уровня жидкости номинальной плотностью V=880 кг/м3 в резервуаре.
4. Система агрегатной автоматики А-705-15-09М.
5. Деформационные манометры. Устройство, принцип работы, область применения.
Вариант 8.
1. Найти значение термо-ЭДС для термопары типа ТПП при температуре измеряемой среды Т=500С. Температура холодных спаев 0С (см. таблицу).
2. Для мембраны манометра толщиной 0,8 мм, диаметром 64 мм и модулём упругости 150 ГПа, допустимое напряжение не должно превышать 450 МПа. Определить наибольшее измеряемое давление и максимально допустимое перемещение центра мембраны, если ЕG=200 ГПа.
3. Пьезометрический уровнемер рассчитан на измерение уровня до 0,5 м в жидкости плотностью 1200 кг/м3. Абсолютное давление в резервуаре 50 кПа. Определить минимальное давление воздуха в пьезометрической трубке, необходимое для измерения максимального уровня (рисунок 9).
4. Система агрегатной автоматики МСЦКУ-50.
5. Грузопоршневые манометры. Устройство, принцип работы, область применения.

Рисунок 9 – Пьезометрический уровнемер
Вариант 9
1. Измеренное значения термо-ЭДС для термопары типа ТХА при температуре холодных спаев Т0=0С составило 5,2 мВ; Найти значение температуры контролируемой среды (см. таблицу).
2. Определить напряжение на обкладках пьезоэлектрического преобразователя давления, состоящего из пяти пластинок кварца толщиной 1мм и площадью поверхности 100 мм2, если ёмкость измерительной цепи Свх=20 пФ, а к преобразователю приложено давление 500 кПа.
3. Давление в напорной трубке уровнемера 200 кП. Плотность воды в открытом резервуаре при нормальных атмосферных условиях V=1000кг/м3. Какой максимальный уровень можно измерить пьезометрическим уровнемером (рисунок 9)?
4. Запуск и остановка электроприводного газоперекачивающего агрегата.
5. Измерительные преобразователи давления тензорезисторные. Устройство, принцип действия, область применения.
Вариант 10
Найти значения температурной чувствительности термопары типа ТХК в диапазоне температур от 0 до 5000С. Построить график зависимости чувствительности от температуры.
2. Напряжение на пьезокристалле кварца преобразователя давления меняется от 10 до 50 В. Определить диапазон изменения давления в случае использования четырёх пластин толщиной 0,8 мм и размером 20х10 мм каждая. Ёмкость измерительной цепи 10 пФ.
3. Для измерения уровня жидкости в закрытом резервуаре используют дифференциальный манометр. Определить показания прибора при изменении уровня от 1 до 3 м, если плотность жидкости V=1050 кг/м3, давление воздуха в резервуаре 200 кПа. Найти давления в плюсовой и минусовой трубках манометра. 5. Измерительные преобразователи давления дифференциально-трансформаторные. Устройство, принцип действия, область применения.
вариант 11.
1. Измеренное значение термо-ЭДС при температуре Т=150С составляет 1,1 В. Определить тип использованной термопары и погрешность нахождения термо-ЭДС Е (150, Т0) при Т0=0С.
2. Подобрать число пластин пьезоэлектрического преобразователя так, чтобы при давлении 10 атм напряжение на его выходе было 30 В. Ёмкость преобразователя С0=5пФ, ёмкость измерительной цепи Свх=8пФ, площадь пластины S = 100 мм2.
3. Для измерения уровня жидкости плотностью V=1050 кг/м3 в открытом резервуаре используют дифференциальный манометр, минусовая трубка которого соединена с атмосферным воздухом. Определить показания манометра при нулевом уровне и максимальном уровне воды 5м, если он расположен ниже нулевого уровня резервуара на 3 м.
4. Автоматизация воздушных компрессорных установок.
5. Гидростатические уровнемеры. Устройство, принцип действия, область применения.
Вариант 12
1. При измерении температуры с помощью термопары типа ТХА термо-ЭДС равна 5,5мВ при температуре холодных спаев Т0=30С. Найти истинное и измеренные значения температуры.
2. Тензодатчик сопротивлением 500 Ом и длиной 50 мм наклеен на мембрану деформационного манометра. При давлении 5 кПа его длина стала 55 мм. Определить чувствительность тензодатчика и изменение сопротивления , если кД =2.
3. На рисунке 10 приведена схема простейшего гидростатического уровнемера – водомерного стекла. Определить объём и массу воды в измерительном резервуаре диаметром 1 м, если максимальный уровень в трубке соответствовал 0,8 м. Плотность воды 990 кг/м3.
4. Автоматизация установок водоснабжения.
5. Поплавковые и буйковые уровнемеры. Устройство, принцип работы, область применения.

Рисунок 10 – Водомерное стекло
Вариант 13
1. До какой температуры окружающей среды, в которой расположены холодные спаи термопары типа ТПП, можно проводить измерение температуры в диапазоне от 100 до 2000С, с погрешностью измерения не выше 100С?
2. Для измерения давления воздуха используют ёмкостный манометр. При отсутствии давления расстояние между обкладкой и тонкой мембраной 1 мм, ёмкость прибора С=100 пФ. Определить значения ёмкости при перемещении мембраны на 0,2 и 0,8 мм при давлениях 10 и 40 кПа. Определить чувствительность ёмкостного манометров.
3. Для измерения уровня воды используют цилиндрический конденсатор. Длина цилиндра 1,5 м, диаметр 40 мм и 5 мм. Определить наибольший диапазон изменения емкости конденсатора.
4. Автоматизация котельных установок.
5. Средства контроля за концевыми уплотнителями вала турбин и нагнетателей ГПА.
Вариант 14
1. Построить график зависимости Е (Т, Т0)=f(Т) для термопары типа ТХА в диапазоне от 0 до 600С при Т0=0С. Как изменится график при температуре холодных спаев 20С?
2. Ёмкостный манометр используют для измерения давления жидкости от 10 до 50 кПа, причём ёмкость меняется от 4 до 20 пФ. В измерительной цепи его применяют в резонансном контуре с индуктивностью 0,1 мГн, питание которого от источника переменного напряжения с f=4 МГц. При каком давлении контур будет работать в режиме резонанса?
3. Начальная ёмкость конденсатора ёмкостного уровнемера при отсутствии жидкости в нём 50 пФ. Определить значения ёмкости при значениях уровня 0,25Нmax для жидкости с относительной диэлектрической проницаемостью =8.
4. Автоматизация источников энергоснабжения на компрессорных станциях.
5. Автоматизированные системы управления (АСУ). Режимы работы АСУ. АСУ «Промысл».
Вариант 15
1. Термопару типа ТХК используют в диапазоне температур от 0 до 600С. Найти значения термо-ЭДС Е(300, 100), если градуировка термопары проведена при Т0=0С.
2. По трубопроводу диаметром D=100 мм движется поток жидкости со средней скоростью 5 м/с. Определить объёмный и массовый расходы жидкости, если её плотность V= 955кг/м3.3. Чувствительность ёмкостного уровнемера 10 нФ/м. Определить изменение реактивного сопротивления конденсатора при измерении уровня от 0,5 до 1 м, если измерительная цепь подключается к источнику переменного ток напряжения частотой 10 кГц. Ёмкостью соединительных линий пренебречь.
4. Автоматический контроль работы нефтеперекачивающего агрегата и насосной станции.
5. Измерители положения колокола газгольдеров.
Приложение 1
Градуировочная характеристика для медных термометров
сопротивления ТСМ – М
(в таблице приведено отношение W100 = R100/R0, где R0, R100 соответственно сопротивление термометра при 0 ˚С и 100 ˚С).
t, оС0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 1,0000 1,0043 1,0085 1,0128 1,0170 1,0213 1,0256 1,0298 1,0341 1,0383
10 1,0426 1,0469 1,0511 1,0554 1,0596 1,0639 1,0682 1,0724 1,0767 1,0809
20 1,0852 1,0895 1,0937 1,0980 1,1022 1,1065 1,1108 1,1150 1,1193 1,1235
30 1,1278 1,1321 1,1363 1,1406 1,1448 1,1491 1,1534 1,1576 1,1619 1,1661
40 1,1704 1,1747 1,1789 1,1832 1,1874 1,1917 1,1960 1,2002 1,2045 1,2087
50 1,2130 1,2173 1,2215 1,2258 1,2300 1,2343 1,2386 1,2428 1,2471 1,2513
60 1,2556 1,2599 1,2641 1,2684 1,2726 1,2769 1,2812 1,2854 1,2897 1,2939
70 1,2982 1,3025 1,3067 1,3110 1,3152 1,3195 1,3238 1,3280 1,3323 1,3365
80 1,3408 1,3451 1,3493 1,3536 1,3578 1,3621 1,3664 1,3706 1,3749 1,3791
90 1,3834 1,3877 1,3919 1,3962 1,4004 1,4047 1,4090 1,4132 1,4175 1,4217
100 1,4260 1,4303 1,4345 1,4388 1,4430 1,4473 1,4516 1,4558 1,4601 1,4643
110 1,4686 1,4729 1,4771 1,4814 1,4856 1,4899 1,4942 1,4984 1,5027 1,5069
120 1,5112 1,5155 1,5197 1,5240 1,5282 1,5325 1,5368 1,5410 1,5452 1,5495
130 1,5538 1,5581 1,5623 1,5666 1,5708 1,5751 1,5794 1,5836 1,5879 1,5921
140 1,5964 1,6007 1,6049 1,6092 1,6134 1,6177 1,6220 1,6262 1,6305 1,6347
150 1,6390 1,6433 1,6475 1,6518 1,6560 1,6603 1,6646 1,6688 1,6731 1,6773
160 1,6816 1,6859 1,6901 1,6944 1,6986 1,7029 1,7072 1,7114 1,7157 1,7199
170 1,7242 1,7285 1,7327 1,7370 1,7412 1,7455 1,7498 1,7540 1,7583 1,7625
180 1,7668 1,7711 1,7753 1,7796 1,7838 1,7881 1,7924 1,7966 1,8009 1,8051
190 1,8094 1,8137 1,8179 1,8222 1,8264 1,8307 1,8350 1,8392 1,8435 1,8477
200 1,8520 - - - - - - - - -
Приложение 2
Градуировочная характеристика для платиновых
термометров сопротивления ТСП – П(в таблице приведено отношение W100 = R100/R0, где R0, R100 соответственно сопротивление термометра при 0 ˚С и 100 ˚С).
t, оС0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
200 1,7703 1,7741 1,7778 1,7815 1,7852 1,7890 1,7927 1,7964 1,8002 1,8039
210 1,8076 1,8113 1,8150 1,8188 1,8225 1,8262 1,8299 1,8336 1,8373 1,8411
220 1,8448 1,8485 1,8522 1,8559 1,8596 1,8633 1,8670 1,8707 1,8744 1,8781
230 1,8818 1,8855 1,8892 1,8929 1,8966 1,9003 1,9040 1,9077 1,9114 1,9150
240 1,9187 1,9224 1,9261 1,9298 1,9335 1,9372 1,9408 1,9445 1,9482 1,9519
250 1,9555 1,9592 1,9629 1,9665 1,9702 1,9739 1,9776 1,9812 1,9849 1,9885
260 1,9922 1,9959 1,9995 2,0032 2,0069 2,0105 2,0142 2,0178 2,0215 2,0251
270 2,0288 2,0324 2,0361 2,0397 2,0434 2,0470 2,0507 2,0543 2,0580 2,0616
280 2,0652 2,0689 2,0725 2,0762 2,0798 2,0834 2,0870 2,0907 2,0943 2,0980
290 2,1016 2,1053 2,1088 2,1124 2,1161 2,1197 2,1233 2,1269 2,1306 2,1342
300 2,1378 2,1414 2,1450 2,1486 2,1523 2,1559 2,1595 2,1631 2,1667 2,1703
310 2,1739 2,1775 2,1811 2,1847 2,1883 2,1919 2,1955 2,1991 2,2027 2,2063
320 2,2099 2,2135 2,2171 2,2207 2,2243 2,2278 2,2314 2,2350 2,2386 2,2422
330 2,2458 2,2493 2,2529 2,2565 2,2601 2,2636 2,2672 2,2708 2,2744 2,2779
340 2,2815 2,2851 2,2886 2,2922 2,2958 2,2994 2,3029 2,3065 2,3100 2,3136
350 2,3171 2,3207 2,3243 2,3278 2,3314 2,3349 2,3385 2,3420 2,3456 2,3491
360 2,3527 2,3562 2,3598 2,3633 2,3668 2,3704 2,3739 2,3775 2,3810 2,3845
370 2,3881 2,3916 2,3951 2,3987 2,4022 2,4057 2,4093 2,4128 2,4163 2,4198
380 2,4234 2,4269 2,4304 2,4339 2,4374 2,4410 2,4445 2,4480 2,4515 2,4550
390 2,4585 2,4620 2,4656 2,4691 2,4726 2,4761 2,4796 2,4831 2,4866 2,4901
400 2,4936 2,4971 2,5006 2,5041 2,5076 2,5111 2,5146 2,5180 2,5215 2,5250
410 2,5285 2,5320 2,5355 2,5390 2,5425 2,5459 2,4594 2,5529 2,5564 2,5599
420 2,5633 2,5668 2,5703 2,5738 2,5772 2,5807 2,5842 2,5876 2,5911 2,5946
430 2,5980 2,6015 2,6050 2,6084 2,6119 2,6153 2,6188 2,6222 2,6257 2,6292
440 2,6326 2,6361 2,6395 2,6430 2,6464 2,6499 2,6533 2,6568 2,6602 2,6636
450 2,6671 2,6705 2,6740 2,6774 2,6808 2,6843 2,6877 2,6911 2,6946 2,6980
460 2,7014 2,7048 2,7083 2,7117 2,7151 2,7185 2,7220 2,7254 2,7288 2,7322
470 2,7356 2,7391 2,7425 2,7459 2,7493 2,7527 2,7561 2,7595 2,7629 2,7663
480 2,7698 2,7732 2,7766 2,7800 2,7834 2,7868 2,7901 2,7935 2,7969 2,8003
490 2,8037 2,8071 2,8105 2,8139 2,8173 2,8207 2,8241 2,8275 2,8308 2,8342
500 2,8376 2,8410 2,8444 2,8477 2,8511 2,8545 2,8578 2,8612 2,8646 2,8686
Приложение 3
Номинальная статическая характеристика
термоэлектрического преобразователя ТХК
t, оС0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
300 22,806 22,892 22,977 23,062 23,148 23,233 23,318 23,404 23,489 23,575
310 23,661 23,746 23,832 23,918 24,003 24,089 24,175 24,261 24,346 24,432
320 24,518 24,604 24,690 24,776 24,862 24,949 25,035 25,121 25,207 25,293
330 25,380 25,466 25,552 25,639 25,725 25,811 25,898 25,984 26,071 26,157
340 26,224 26,330 26,417 26,504 26,590 26,677 26,764 26,851 26,937 27,024
350 27,111 27,198 27,285 27,372 27,459 27,546 27,633 27,720 27,807 27,894
360 27,981 28,068 28,155 28,242 28,330 28,417 28,504 28,591 28,679 28,766
370 28,853 28,941 29,028 29,115 29,203 29,290 29,378 29,465 29,553 29,640
380 29,728 29,815 29,903 29,990 30,078 30,165 30,253 30,341 30,428 30,516
390 30,604 30,691 30,779 30,867 30,955 31,042 31,130 31,218 31,306 31,394
400 31,482 31,569 31,657 31,745 31,833 31,921 32,009 32,097 32,185 32,273
410 32,361 32,449 32,537 32,625 32,713 32,801 32,889 32,997 33,065 33,153
420 33,241 33,329 33,417 33,505 33,593 33,681 33,770 33,858 33,946 34,034
430 34,122 34,210 34,298 34,387 34,475 34,563 34,651 34,739 34,828 34,916
440 35,004 35,092 35,180 35,269 35,375 35,445 35,533 35,621 35,710 35,798
450 35,886 35,974 36,063 36,151 36,239 36,327 36,416 36,504 36,592 36,681
460 36,769 36,857 36,945 37,034 37,122 37,210 37,298 37,387 37,475 37,563
470 37,652 37,740 37,828 37,916 38,005 38,093 38,181 38,269 38,358 38,446
480 38,534 38,622 38,711 38,799 38,887 38,975 39,064 39,152 39,240 39,328
490 39,417 39,505 39,593 39,681 39,770 39,858 39,946 40,034 40,122 40,211
500 40,299 40,387 40,475 40,563 40,652 40,740 40,828 40,916 41,004 41,092
510 41,181 41,269 41,357 41,445 41,533 41,621 41,709 41,798 41,886 41,974
520 42,062 42,150 42,238 42,326 42,414 42,502 42,591 42,679 42,767 42,855
530 42,943 43,031 43,119 43,207 43,295 43,383 43,471 43,559 43,647 43,735
540 43,823 43,911 43,999 44,087 44,175 44,263 44,351 44,439 44,527 44,615
550 44,703 44,791 44,879 44,967 45,054 45,142 45,230 45,318 45,406 45,494
560 45,582 45,670 45,758 45,846 45,933 46,021 46,109 46,197 46,285 46,373
570 46,461 46,548 46,636 46,724 46,812 46,900 46,987 47,075 47,163 47,251
580 47,339 47,426 47,514 47,602 47,690 47,777 47,865 47,953 48,041 48,129
590 48,216 48,304 48,392 48,479 48,567 48,655 48,743 48,830 48,918 49,006
600 49,094 49,181 49,269 49,357 49,444 49,532 49,620 49,707 49,795 49,883
610 49,971 50,058 50,146 50,234 50,321 50,409 50,497 50,584 50,672 50,760
620 50,847 50,935 51,023 51,110 51,198 51,286 51,373 51,461 51,549 51,636
630 51,724 51,812 51,899 51,987 52,074 52,162 52,250 52,337 52,425 52,513
640 52,600 52,688 52,776 52,863 52,951 53,039 53,126 53,214 53,301 53,389
650 53,477 53,564 53,652 53,740 53,827 53,915 54,003 54,090 54,178 54,265
660 54,353 54,441 54,528 54,616 54,704 54,791 54,879 54,966 55,054 55,142
670 55,229 55,317 55,405 55,492 55,580 55,667 55,755 55,843 55,930 56,018
680 56,106 56,193 56,281 56,368 56,456 56,544 56,631 56,719 56,806 56,894
690 56,981 57,069 57,157 57,244 57,332 57,419 57,507 57,594 57,682 57,769
700 57,857 57,944 58,032 58,119 58,207 58,294 58,382 58,469 58,557 58,644
Приложение 4
Номинальная статическая характеристика
термоэлектрического преобразователя ТХА
t, оС0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
700 29,128 29,170 29,212 29,254 29,296 29,338 29,380 29,442 29,464 29,505
710 29,547 29,589 29,631 29,673 29,715 29,756 29,798 29,840 29,882 29,924
720 29,965 30,007 30,049 30,091 30,132 30,174 30,216 30,257 30,299 30,341
730 30,383 30,424 30,466 30,508 30,549 30,591 30,632 30,674 30,716 30,757
740 30,799 30,840 30,882 30,924 30,965 31,007 31,048 31,090 31,131 31,173
750 31,214 31,256 31,297 31,339 31,380 31,422 31,463 31,504 31,546 31,578
760 31,629 31,670 31,712 31,753 31,794 31,836 31,877 31,918 31,960 32,001
770 32,042 32,084 32,125 32,166 32,207 32,249 32,290 32,331 32,372 32,414
780 32,455 32,496 32,537 32,578 32,619 32,661 32,702 32,743 32,784 32,825
790 32,866 32,907 32,948 32,990 33,031 33,072 33,113 33,154 33,195 33,236
800 33,277 33,318 33,359 33,400 33,441 33,482 33,523 33,564 33,604 33,645
810 33,686 33,727 33,768 33,809 33,850 33,891 33,931 33,972 34,013 34,054
820 34,095 34,136 34,176 34,217 34,258 34,299 34,339 34,380 34,421 34,461
830 34,502 34,543 34,583 34,624 34,665 34,705 34,746 34,787 34,827 34,868
840 34,909 34,949 34,990 35,030 35,071 35,111 35,152 35,192 35,233 35,273
850 35,314 35,345 35,395 35,435 35,476 35,516 35,557 35,597 35,637 35,678
860 35,817 35,758 35,799 35,839 35,880 35,920 35,960 36,000 36,041 36,081
870 36,121 36,162 36,202 36,242 36,282 36,323 36,363 36,403 36,443 36,483
880 36,524 36,564 36,604 36,644 36,684 36,724 36,764 36,804 36,844 36,885
890 36,925 36,965 37,005 37,045 37,085 37,125 37,165 37,205 37,245 37,285
900 37,325 37,365 37,405 37,445 37,484 37,524 37,564 37,604 37,664 37,684
910 37,724 37,764 37,803 37,843 37,883 37,923 37,963 38,002 38,042 38,082
920 38,122 38,162 38,201 38,241 38,281 38,320 38,360 38,400 38,439 38,479
930 38,519 38,558 38,598 38,638 38,677 38,717 38,756 38,796 38,836 38,875
940 38,519 38,558 38,598 38,638 38,677 38,717 38,756 38,796 38,836 38,875
950 39,310 39,349 39,388 39,428 39,467 39,507 39,546 39,858 39,625 39,664
960 39,703 39,743 39,782 39,821 39,861 39,900 39,939 39,979 40,018 40,057
970 40,096 40,136 40,175 40,214 40,253 40,292 40,332 40,371 40,410 40,449
980 40,488 40,527 40,566 40,605 40,645 40,684 40,723 40,762 40,801 40,840
990 40,879 40,918 40,957 40,996 41,035 41,074 41,113 41,152 41,191 41,230
1000 41,269 41,308 41,347 41,385 41,424 41,463 41,502 41,541 41,580 41,619
1010 41,657 41,696 41,735 41,774 41,813 41,815 41,890 41,929 41,968 42,006
1020 42,045 42,084 42,123 42,161 42,200 42,239 42,277 42,316 42,355 42,393
1030 42,432 42,470 42,509 42,548 42,586 42,625 42,663 42,702 42,740 42,779
1040 42,817 42,856 42,894 42,933 42,971 43,010 43,048 43,087 43,125 43,164
1050 43,202 43,240 43,279 43,317 43,356 43,394 43,432 43,471 43,509 43,547
1060 43,585 43,624 43,662 43,700 43,739 43,777 43,815 43,853 43,891 43,930
1070 43,968 44,006 44,044 44,082 44,121 44,159 44,197 44,235 44,273 44,311
1080 44,349 44,387 44,425 44,463 44,501 44,539 44,577 44,615 44,653 44,691
1090 44,729 44,767 44,805 44,843 44,881 44,919 44,957 44,995 45,033 45,070
1100 45,108 45,146 45,184 45,222 45,260 45,297 45,335 45,373 45,411 45,448
7. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАСЧЕТНЫХ РАБОТКонтрольная работа выполняется рукописно в ученической тетради или в печатном виде на листах формата А4. На титульном листе контрольной работы указываются реквизиты института, кафедры, а также наименование контрольной работы с фамилией и инициалами студента и преподавателя, проверяющего данную работу. В первом разделе контрольной работы указывается задание, вариант которого определяется номером студента в списке группы, который имеется в журнале преподавателя. В каждый вариант задания входит теоретический вопрос и задача.

Приложенные файлы

  • docx 17567836
    Размер файла: 797 kB Загрузок: 2

Добавить комментарий