Цели и задачи метрологического обеспечения измерений напряжений в твердой среде

2.11. Методы поверки  средств измерений, указываемые  на поверочной схеме, с целью  унификации должны соответствовать  одному из следующих общих  методов:

     непосредственное сличение (т.е. без средств сравнения);

     сличение при помощи компаратора или других средств сравнения;

     метод прямых измерений;

     метод косвенных измерений.

   При указании метода поверки допускается в текстовой части отражать специфику поверки средств измерений.

  Если при поверке проводят градуировку средств измерений, это указывают в тексте.

2.12. Под наименованием  метода поверки указывают допускаемое  значение погрешности метода  поверки.

2.13. Способы графического  изображения ступени передачи  размера единицы указаны в таблице.

2.14. Наименование государственного  эталона заключают в прямоугольник,  образованный двойной линией. Наименования  вторичных эталонов (эталонов-копий,  эталонов сравнения, рабочих эталонов), а также образцовых и рабочих  средств измерений заключают в прямоугольники, образованные одинарной линией. Наименования методов поверки заключают в горизонтальные овалы, которые располагают между наименованиями объектов поверки и средств измерений, от которых передают размер единицы.

2.15. Пересечение линий (если невозможно его избежать) изображают знаком  .

2.16. Элементы государственной  поверочной схемы компонуют в  соответствии с приложением 1, а элементы ведомственной (локальной)  поверочной схемы - в соответствии  с приложением 2. Оформление элементов  выполняют в соответствии с приложением 3.

2.17. Размеры элементов  должны быть одинаковыми в  пределах одного поля.

2.18. Формат чертежей  поверочной схемы должен соответствовать  указанному в ГОСТ 2.301-68.

2.19. Текстовая часть  поверочной схемы должна состоять  из вводной части и пояснений  к элементам поверочной схемы, несущим дополнительную информацию. Требования к изложению текстовой части государственных стандартов по п.1.3 приведены в приложениях 4 и 5.

    Текстовую часть рекомендаций по п.1.3 излагают в соответствии с приложениями 4 и 5.

    

   

 

 

 

 

 

3.4.Калибровка  средств измерения

Калибровка средства измерений — совокупность операций, выполняемых в целях определения  действительных значений метрологических  характеристик средств измерений. Калибровка средств измерений производится преимущественно метрологическими службами юридических лиц с использованием эталонов, соподчинённых государственным эталонам единиц величин. В России калибровочная деятельность регламентирована Законом РФ «Об обеспечении единства измерений» и многими другими подзаконными актами. К сожалению, в нормативных документах не очень чётко разграничены понятия «калибровка» и «поверка».

Калибровка измерительных  приборов заключается в установлении зависимости между показаниями  средства измерительной техники (прибора) и размером измеряемой (входной) величины. Под калибровкой часто понимают процесс подстройки показаний выходной величины или индикации измерительного инструмента до достижения согласования между эталонной величиной на входе и результатом на выходе (с учётом оговоренной точности).

Градуировка и поверка  измерительной системы для линейных перемещений

Градуировкой называется процесс нанесения отметок на шкалы средств измерений, а также определение значений измеряемой величины, соответствующих уже нанесенным отметкам для составления градуированных кривых или таблиц.

Различают следующие  способы градуировки.

1. Использование типовых  шкал. Для подавляющего большинства  рабочих и многих образцовых  приборов используют типовые  шкалы, которые изготовляются  заранее в соответствии с уравнением статической характеристики идеального прибора. Если статическая характеристика линейна, то шкала оказывается равномерной. При регулировке параметрам элементов прибора экспериментально придают такие значения, при которых погрешность в точках регулировки становится равной нулю.

2. Индивидуальная градуировка  шкал. Индивидуальную градуировку  шкал осуществляют в тех случаях,  когда статическая характеристика  прибора нелинейна или близка  к линейной, но характер изменения  систематической погрешности в  диапазоне измерения случайным образом меняется от прибора к прибору данного типа (например, вследствие разброса нелинейности характеристик чувствительного элемента) так, что регулировка не позволяет уменьшить основную погрешность до пределов ее допускаемых значений.

Индивидуальную градуировку  проводят в следующем порядке.

На предварительно отрегулированном приборе устанавливают циферблат  с еще не нанесенными отметками. К измерительному прибору подводят последовательно измеряемые величины нескольких, наперед заданных или выбранных значений. На циферблате наносят отметки, соответствующие положениям указателя при этих значениях измеряемой величины, а расстояния между отметками делят на равные части. При индивидуальной градуировке систематическая погрешность уменьшается во всем диапазоне измерения, а в точках, полученных при градуировке она достигает значения, равного погрешности обратного хода.

3 Градуировка условной шкалы. Условной называется шкала, снабженная некоторыми условными равномерно нанесенными делениями, например, через миллиметр или угловой градус. Градуировка шкалы состоит в определении при помощи образцовых мер или измерительных приборов значений измеряемой величины. В результате определяют зависимость числа делений шкалы, пройденных указателем от значений измеряемой величины. Эту зависимость представляют в виде таблицы или графика. Если необходимо избавиться и от погрешности обратного хода, градуировку осуществляют раздельно при прямом и обратном ходе.

 

4.Стандартизация измерений.

4.1.Описание физического эффекта, лежащего в основе измерения, и датчика, используемого для измерений заданной физической величины

Тензорезистивный  датчик

 

Для измерения напряжения в твердых телах используется тензорезистивный  датчик абсолютного  давления САПФИР -22-МПС ДИВ 2340, диапазоны измерений которого представлены в таблице 1. Также в ней указана максимальная погрешность на каждом диапазоне давлений. Внешний вид (рис. 1) и геометрические размеры приведены на рис. 2.

        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

 

 

 

 

 

Рис. 1 - Внешний вид датчика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2 - Геометрические размеры

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.).

Внешний вид платы  электронного преобразователя представлен  на рис3. На плате установлены 3 кнопки управления: I0 – установка нижнего уровня измерений, I100 – установка максимального уровня измерений

 

.

Рис. 3 - Внешний вид  платы преобразователя

 

Применение в преобразователях Сапфир-22МПС термокомпенсированного тензопреобразователя, корректирующего датчика температуры в электронном блоке и микропроцессорной электроники в преобразователе позволило повысить точность измерений в реальных условиях эксплуатации, в том числе значительно уменьшить температурную погрешность, существенно упростить настройку «нуля» и«диапазона измерения», а также установку любого верхнего предела измерения внутри модели, отличного от верхних пределов поддиапазонов.

4.2. Выбор метода измерения напряжения в твердых телах (паскаль)

При измерениях различают абсолютное, вакуумметрическое и избыточное давления. Под абсолютнымдавлением понимается полное давление, которое равно сумме атмосферного и избыточного Рабс=Р + Ратм. Вакуумметрическое давление ниже атмосферного РВ=Ратм — Рабс

Приборы давления в зависимости от измеряемой величины разделяют на манометры (для измерения избыточного или абсолютного давления), барометры (для измерения атмосферного давления), вакуумметры (для измерения вакуумметрического давления).

Манометры, предназначенные  для измерения малых избыточных давлений (до 40 кПа), называют напоромерами, а предназначенные для измерения малых вакуумметрических давлений (до 40 кПа) — тягомерами. Приборы давления, которые имеют двустороннюю шкалу с пределами измерения ±20 кПа, называют тягонапоромерами (значение нуль на шкале соответствует атмосферному давлению). Для измерения разности давлений используют дифференциальные манометры (дифманометры).

По принципу действия чувствительного элемента приборы для измерения давления разделяют на жидкостные, деформационные, грузопоршневые и электрические. В качестве образцовых, по которым осуществляется поверка рабочих приборов, применяют грузопоршневые манометры.

Передача сигнала, получаемого от чувствительного  элемента первичного преобразователя  к вторичным автоматическим приборам, осуществляется либо механически в показывающих приборах, либо с помощью преобразователей дифференциально-трансформаторных, ферродинамических, с магнитной или силовой компенсацией и тензопреобразователей «Сапфир».

Жидкостные  приборы давления

В жидкостных приборах давления измеряемая величина компенсируется столбом жидкости, отнесенным к единице  его поперечного сечения. В основу действия таких приборов положен  метод сообщающихся сосудов. Жидкостные приборы давления используют в качестве манометров для измерения давления неагрессивных газов вплоть до 0,1 МПа, тягомеров для измерения разрежения Рв до 7000 Па, вакуумметров для измерения вакуума Рвдо 0,1 МПа и дифференциальных манометров для измерения разности давлений неагрессивных жидкостей, паров и газов до 0,07 МПа. Их применяют в качестве приборов, устанавливаемых по месту эксплуатации отдельных узлов оборудования или на площадках обслуживания, а также в качестве образцовых при поверке рабочих приборов, рассчитанных на те же диапазоны измерения давления, разрежения или разности давлений.

 

Прибор представляет собой изогнутую стеклянную трубку 1, заполненную до половины жидкостью 3 (вода, ртуть). Трубку закрепляют по отвесу вертикально на твердом основании  и по ее высоте наносят шкалу 2 в  миллиметрах. Измеряемая величина уравновешивается и определяется столбом h рабочей жидкости, равным сумме столбов h1и h2 в обоих коленах трубки. При измерении давления или разрежения один конец трубки оставляют открытым, а другой соединяют с объектом измерения, а при измерении разности давлений к обоим концам трубки подводят измеряемые давления.

При измерении  давления или разности давлений большее  из них подается в сосуд, а меньшее  — в измерительную трубку.

Под действием  измеряемого давления жидкость в  трубке поднимается на высоту h1, a в сосуде опускается на h2, при этом высота столба жидкости, соответствующего измеряемой величине, равна сумме h1и h2.

 

Приборы для  измерения давления и разности давлений с упругой деформацией чувствительных элементов

Приборы для измерения давления, основанные на упругой деформации чувствительных элементов под действием измеряемой величины, широко применяют в диапазоне от 50 Па до 1000 МПа. Деформация или сила, пропорциональная давлению, преобразуется в показания прибо ра или в изменения выходного сигнала. Такие приборы изготовляют в виде тягомеров, напоромеров, манометров и  вакуумметров.

 

Электрические манометры

В отличие от первичных приборов давления и приборов со встроенными преобразователями (давление — перемещение — унифицированный электрический сигнал) существуют электрические приборы давления, в чувствительных элементах которых происходит прямое преобразование давления в электрический измерительный сигнал.

Рассмотрим  электрические манометры, принцип  действия которых основан на зависимости электрического сопротивления веществ от измеряемого давления. Их называют тензопреобразователями. Тензопреобразователи изготовляют из полупроводников, константана, платины, сплавов меди и никеля. В приборах давления их используют в качестве чувствительных элементов, механически соединенных с мембраной или пружиной прибора, которая деформируется под действием измеряемого давления.

 В промышленности  получили распространение приборы  для измерения давления «Сапфир» (рис. 5, а), в которых в качестве чувствительного элемента служитсапфировая мембрана с напылёнными полупроводниковыми сопротивлениями. Тензопреобразователи из полупроводников по сравнению с металлическими обладают большей чувствительностью, малыми размерами и массой. Измерительная схема приборов «Сапфир» (рис. 5, 6) представляет собой электрический мост, в плечи которого установлены теизопреобразователи 3, располагаемые симметрично на мембране 2, воспринимающей измеряемое давление. Сигнал небаланса моста усиливается, и на выходе преобразователя 1 (рис. 5, а) получается унифицированный токовый сигнал (0-5 мА при сопротивлении нагрузки до 2,5 кОм). Приборы «Сапфир» выпускают следующих модификаций: манометры ДА, вакуумметры ДВ, дифманометры ДИ.