Цели и задачи метрологического обеспечения измерений напряжений в твердой среде

2.6 Технологическое, лабораторное, вспомогательное и т.п. оборудование, не относящееся к испытательному, подвергают периодической проверке технического состояния в соответствии с указаниями, содержащимися в инструкциях по эксплуатации этого оборудования или в паспортах на них.

2.7 Методики выполнения измерений, применяемые при испытаниях для целей подтверждения соответствия, должны быть аттестованы или стандартизованы в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.563.

2.8 Результаты измерений при испытаниях должны быть выражены в единицах величин, допущенных к применению в Российской Федерации (ГОСТ 8.417). Характеристики и параметры продукции, поставляемой на экспорт, в том числе средств измерений, могут быть выражены в единицах, установленных заказчиком , или в условных единицах, установленных в стандартах и других нормативных документах для определенных групп однородной продукции. Результаты испытаний выражают в соответствующих единицах.

2.9 Методики испытаний разрабатывают на основе положений нормативных документов Государственной системы обеспечения единства измерений и нормативных документов на продукцию и методы ее испытаний, а также Рекомендации, при этом должны быть выполнены следующие требования: установлены нормы показателей точности и воспроизводимости результатов испытаний (в том числе межлабораторной воспроизводимости) (приложение А); предусмотрены процедуры оценивания характеристик погрешности и воспроизводимости результатов испытаний (приложение А); при оценивании погрешности результатов испытаний учтены погрешность измерений параметров продукции и влияние на эти параметры отклонений фактических условий испытаний от условий испытаний, установленных в нормативном документе на методы испытаний продукции; проведены измерения для контроля условий безопасности труда и состояния окружающей среды. Примечание - В качестве показателей точности результатов испытаний могут быть использованы характеристики неопределенности .

2.10 Методика испытаний может включать в себя в качестве составной части методику (методики) выполнения измерений, аттестованную (аттестованные) в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.563 или содержать ссылки на методики выполнения измерений, регламентированные в государственных стандартах. Методики испытаний, применяемые для целей подтверждения соответствия, должны соответствовать требованиям Правил подтверждения соответствия продукции конкретных видов.

2.4 Математическая модель средства измерения

Средство измерения (СИ) — это воспроизведение или хранение единицы измеряемой величины и получение на ее основе результата измерения путем сравнения измеряемой величины с единицей величины, ее кратными и дольными частями.

Построение и изучение СИ невозможно без математических моделей, адекватно описывающих те или иные их свойства и характеристики. В метрологии используется моделирование измерительных сигналов и моделирование средств измерений. Математическая модель СИ – описание математическими средствами особенностей и свойств СИ, влияющих на результат измерений.

Для построения математических моделей (ММ) СИ необходимо знать, как  устроены СИ и каким образом происходит преобразование измерительных сигналов, т.е. нужно знать структуру СИ. Для сложных СИ, каковыми являются большинство современных приборов, анализ их составных частей и ММ является далеко не простой задачей. Для ее оптимального решения, а также для упрощения анализа процессов, протекающих в СИ, введены понятия структурной схемы и измерительных цепей, канала и тракта.

Измерительная цепь — совокупность элементов СИ, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала от входа до выхода и обеспечивающих осуществление всех его преобразований.

Измерительный канал  — это измерительная цепь, образованная последовательным соединением СИ и других технических устройств, предназначенная для измерения одной величины и имеющая нормированные метрологические характеристики.

Измерительный тракт  — совокупность измерительных каналов, предназначенных для измерения определенной величины и имеющих одинаковые метрологические характеристики.

Структурная схема —  условное обозначение измерительной  цепи (канала или тракта) СИ с указанием  преобразуемых величин. Эта схема  определяет основные структурные блоки  СИ, их назначение и взаимосвязи

 

В зависимости от способа измерения силы, развиваемой упругим элементом, различают два типа манометров: с прямым преобразованием силы в электрический сигнал и с силовой компенсацией (с уравновешиванием). Структурные схемы обоих типов манометров дают представление о математической модели приборов, т.е. отображают функцию преобразования.

Электромеханический манометр с прямым преобразованием силы в электрический сигнал состоит из датчика и электрической дистанционной передачи. Здесь все звенья соединяются последовательно. В качестве примера рассмотрим схему преобразования потенциометрического датчика (рис. 8) и составим эквивалентную ей структурную схему.

 

В первом звене измеряемое давление преобразуется в силу воздействующую на мембрану. Передаточная функция (ПФ) этого звена  может быть аппроксимирована инерциальным звеном:

,

где  S₁ – чувствительность и T₁ – постоянная времени.

Второе звено, преобразующее  силу в деформацию мембраны, может быть описано ПФ колебательного звена:

,

где ω₂ – собственная частота, определяемая жесткостью мембраны и её массой.

Передаточное звено, преобразующее  деформацию мембраны в перемещение щетки потенциометра, характеризуется чувствительностью:

Четвертое звено, преобразующее перемещение  щетки потенциометра в изменение сопротивления, также безынерционно: . Аналогично для преобразователя изменения сопротивления в изменение напряжения:  

Если пренебречь индуктивностью катушек  логометра, то можно получить для преобразователя ΔU в отношение токов : .  Преобразователь в угол перемещения стрелки можно описать ПФ колебательного звена: .

Основным недостатком измерительных  цепей прямого преобразования состоит  в том, что погрешность прибора  равна сумме погрешностей всех его звеньев.

Электромеханический манометр уравновешивающего  преобразования основан на автоматическом уравновешивании силы, развиваемой неупругим или упругим ЧЭ, другой силой, формируемой с помощью обратного преобразователя, входной электрический сигнал которго служит мерой измеряемой величины.

Рис.  4.2. Структурная схема уравновешивающего преобразования.

В приборах статического уравновешивания ПФ ω₁(p) определяется уравнением . ПФ ω₂(p) – ω₅(p), характеризующие соответственно формирование напряжения рассогласования  ΔU, работу усилителя ΔU-U₂ и преобразование U₂-I , где I - сила тока, протекающего через указатель и катушки моментного устройства, могут быть заменены чувствительностями S₂, S₃, S₄. Преобразование силы тока в моментном устройстве в силу можно описать ПФ . ПФ части прибора будет: , где .

Преимущество измерительных цепей статического уравновешивания состоит в том, что часть звеньев охвачена обратной связью, что способствует уменьшению погрешностей прямой цепи прибора.

В измерительной цепи астатического уравновешивания  ПФ ω₂(p) – ω₃(p) возьмем такими же, как и в предыдущем случае. В качестве уравновешивающего устройства в схеме применен реверсивный двигатель с ПФ и редуктор . Двигатель через редуктор перемещает стрелки прибора. Таким образом, ПФ манометра астатического уравновешивания будет:

,

где .

Обладая преимуществами в отношении компенсации погрешностей в прямой цепи, приборы уравновешивания имеют ограниченное быстродействие и в них могут возникнуть неустойчивые режимы. Для устранения этих недостатков применяют корректирующие контуры, повышая тем самым запас устойчивости и увеличивая ширину полосы пропускания.

 

2.5  Выбор  метода измерения заданной величины

 

Для измерения давления в работе использовался тензорезистивный датчик абсолютного давления, диапазоны измерений которого представлены в таблице 1. Также в ней указана максимальная погрешность на каждом диапазоне давлений.

Таблица 1 - Пределы измерений  и допускаемой основной погрешности

Верхний предел измерений		Предел допускаемой  основной погрешности
Разрежения, кПа	Избыточного давления, кПа
12,5	12,5	0,5
20	20	0,5
30	30	0,25; 0,5
50	50	0,25; 0,5
100	60	0,25; 0,5
100	150	0,25; 0,5

Принцип действия преобразователей основан на воздействии измеряемого  давления на мембраны измерительного блока, что вызывает деформацию упругого чувствительного элемента и, соответственно, изменение сопротивления тензорезисторов датчика. Это изменение преобразуется в электрический сигнал, который передается от тензопреобразователя из измерительного блока в электронный преобразователь и далее в виде стандартного токового унифицированного сигнала (0-5) мА.

Выходной сигнал с  тензорезисторов подается на электронный  блок, состоящий из АЦП и ЦАП, который  преобразует этот сигнал в токовый  от 0 до 5 мА. В этом блоке встроена коррекция температурных погрешностей прибора. Также этот блок позволяет изменять нижний и верхний пределы значений выходного сигнала. То есть прибор можно настроить на измерение различных диапазонов давления (например: от 0,2 до 0,4 атм. или от 0 до 1 атм.).

2.6 Характеристика типовой метрологической лаборатории на производстве

Метрологическая служба предприятий, организаций и учреждений включает отдел главного метролога, другие структурные подразделения (поверочные и измерительные лаборатории, группу ремонта средств измерений, бюро проката, и т. д.) и создается для выполнения задач по обеспечению единства измерений и метрологическому обеспечению исследований, разработки, испытаний и эксплуатации продукции или иных областей деятельности, закрепленных за предприятием. К основным задачам метрологической службы предприятия относятся: − обеспечение единства и требуемой точности измерений, повышение метрологического обеспечения производства;

− внедрение в практику современных методов и средств  измерений, направленное на повышение  уровня научных исследований, эффективности производства, технического уровня и качества продукции;

− организация и проведение калибровки и ремонта средств  измерений, находящихся в эксплуатации и своевременное представление  средств измерений на поверку;−  проведение метрологической аттестации методик выполнения измерений, а также участие в аттестации средств испытаний и контроля;− проведение метрологической экспертизы технических заданий, проектной, конструкторской и технологической документации, проектов стандартов и других нормативных документов;− проведение работ по метрологическому обеспечению производства; − участие в аттестации испытательных подразделений, в подготовке к аттестации производств и систем качества;− осуществление метрологического надзора за состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами, применяемыми для калибровки средств измерений, за соблюдением метрологических норм и правил, нормативных документов по обеспечению единства измерений на прикрепленных предприятиях.

 

3.Обеспечение  единства измерений

Единство измерений  — состояние измерений, при котором  их результаты выражены в допущенных к применению в Российской Федерации  единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы.

Единство измерений  необходимо для того, чтобы можно  было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах и  в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.

Правовые основы обеспечения  единства измерений в Российской Федерации регламентированы Законом РФ «Об обеспечении единства измерений».

Глава 1. Общие положения

Статья 1. Цели и сфера  действия настоящего Федерального закона

1. Целями настоящего  Федерального закона являются:

1) установление правовых  основ обеспечения единства измерений в Российской Федерации;

2) защита прав и  законных интересов граждан, общества  и государства от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений;

3) обеспечение потребности  граждан, общества и государства  в получении объективных, достоверных и сопоставимых результатов измерений, используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей среды, животного и растительного мира, обеспечения обороны и безопасности государства, в том числе экономической безопасности;

4) содействие развитию  экономики Российской Федерации  и научно-техническому прогрессу.