Міністерство  освіти і науки України

Харківський національний університет радіоелектроніки 
 

Факультет ТКВТ

Кафедра МВТ 
 

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ 

ПОЯСНЮВАЛЬНА  ЗАПИСКА

Методика  повірки засобу вимірювальної  техніки .

^{(тема роботи)}

Основи  метрологічного забезпечення  

^{(дисципліна)} 
 

Керівник …………………………………...……………………….Крюков О. М.

^{(підпис, дата, посада, прізвище, ініціали)} 

Студент гр.МВТ-06-1        ИМЯ

^{(група,  підпис, дата, прізвище, ініціали)} 
 
 
 
 
 
 

2009

Завдання 
Реферат 

     Пояснювальна  записка містить 22 сторінки машинописного тексту,                5 малюнків, 6 джерел.

     У курсовому проекті наведено перелік контрольованих метрологічних характеристик генератора імпульсів спеціалізованого та проведено вибір методів і засобів його повірки. Обґрунтовано  вимоги до метрологічних характеристик робочих еталонів та розроблені пропозиції з вибору типів засобів повірки. Розроблена методика виконання повірки генератора імпульсів спеціалізованого.

     Метою курсового проекту є закріплення розділів курсу "Основи метрологічного забезпечення", присвячених питанням розробки методики повірки засобів вимірювальної техніки.

ЗМІСТ 

Вступ

      Технічний прогрес, вдосконалення технологічних процесів, виробництво точних, надійних та довговічних машин та приладів, підвищення якості продукції неможливі без розвитку метрології та постійного вдосконалення техніки вимірювань. Одній з основних форм підтримки засобів вимірювальної техніки в справному стані є їх періодична повірка. 

     Повірка засобів  вимірювальної техніки – це визначення похибок засобів вимірювальної техніки(засобів вимірювань) і встановлення їх придатності до застосування [1].

      Засоби вимірювальної  техніки підлягають первинної повірці при випуску на виробництві,після ремонту, при ввозі у країну з-за кордону,а також періодичної, позачергової, інспекційній і експертній повіркам при їх експлуатації та зберіганні[2].

      Повірку засобів вимірювальної техніки  проводять територіальні органи, уповноважені (акредитовані) на її проведення. У разі якщо територіальні органи за відсутністю відповідних еталонів не можуть провести повірку окремих типів засобів вимірювальної техніки, то повірку цих засобів вимірювальної техніки проводять наукові метрологічні центри, уповноважені (акредитовані) на її проведення.

      Повірку проводять посадові особи територіальних органів і наукових метрологічних центрів – державні повірники, атестовані у порядку, встановленому нормативно-правовим актом центрального органу виконавчої влади у сфері метрології (ЦОВМ).

      Повірку засобів вимірювальної техніки під час експлуатації та випуску з виробництва і ремонту можуть виконувати повірочні лабораторії підприємств і організацій, уповноважені (акредитовані) на її проведення.

      Повірку проводять працівники цих лабораторій, атестовані як повірники у порядку встановленому нормативно-правовим актом ЦОВМ.

      Повірку засобів вимірювальної техніки  здійснюють згідно з методиками повірки, викладеними в окремих документах і затвердженими за встановленим ЦОВМ порядком, або викладеними у  відповідних розділах експлуатаційних документів на засоби вимірювальної техніки.

      Засоби  вимірювальної техніки визнають придатними до застосування, якщо результати повірки підтверджують їх відповідність  метрологічним і технічним вимогам  до цих засобів вимірювальної  техніки, встановленим у нормативних чи експлуатаційних документах.

      Результати  вимірювань та інші дані, отримані під  час проведення повірки, має бути  задокументовано відповідно до методики повірки.

1. Аналіз  переліку контрольованих метрологічних характеристик

      Метою курсового проекту є розробка методики виконання повірки генератора імпульсів спеціалізованого з наступними технічними характеристиками:

      період слідування генерованих імпульсів: 1 мс ;

      діапазон тривалості генерованих імпульсів: 10-100 мкс;

      похибка встановлення тривалості основних імпульсів за шкалою тривалостей:

      максимальна амплітуда імпульсів на зовнішньому узгодженому навантаженні : не менше 10 В.

   Генератор імпульсів є джерелом поодиноких або періодичних імпульсних сигналів, ідеальна форма яких має бути прямокутною та характеризуватися лише двома параметрами - тривалістю τ та амплітудою U_т. Реальна форма прямокутного імпульсу, що відтворюється генератором (мал. 1), відрізняється від ідеальної, а для кількісної оцінки цієї різниці існує система параметрів для опису форми імпульсного сигналу. 
 

Мал. 1. Імпульсний сигнал та його параметри 

До основних параметрів імпульсного сигналу належать [3,4] :

   - амплітуда імпульсу U_т. Визначається шляхом продовження плоскої частини вершини імпульсу до перетину з його фронтом; 

 - тривалість імпульсу τ. Визначається на рівні 0,5 U_т;

   - тривалість зрізу τ _ф - час спадання імпульсу від рівня 0,1 U_т до 0,9 U_т;

   - тривалість зрізу τ _зр - час спадання імпульсу від рівня 0,9 U_т до 0,1 U_т;

• викид на вершині ΔU_В - короткочасне відхилення миттєвого значення імпульсної напруги на ділянці встановлення вершини від лінії, що визначає вершину імпульсу;
• викид у паузі ΔU_П - короткочасне відхилення миттєвого значення імпульсної напруги на ділянці спадання імпульсу від лінії, яка визначає його основу;

  - спадання вершини ΔU_с - різниця між миттєвим значенням імпульсної напруги на початку формування зрізу імпульсу та значенням U_т;

  - нерівномірність ΔU_т - максимальне значення відхилення миттєвого значення імпульсної напруги від прямої, що апроксимує вершину імпульсу (після встановлення вершини).

  Як правило, параметри ΔU_В, ΔU_П, ΔU_с та ΔU_П виражають у процентах від ΔU_т. Імпульс вважається прямокутним, якщо τ _ф і τ _зр менше 0,3τ.

      Згідно з ГОСТ 8.206-76 (СТ СЭВ 3074-81) при проведені повірки генератора імпульсів повинні виконуватись наступні операції і здійснюватися контроль наступних метрологічних характеристик:

      зовнішній огляд;

      опробування;

      визначення похибки встановлення частоти (періоду) слідування імпульсів;

      визначення похибки встановлення тривалості імпульсів;

      визначення параметрів спотворень (тривалості фронту та зрізу, викид на вершині і в паузі, нерівномірність і нахил вершини) основних імпульсів;

      визначення похибки встановлення часового зрушення;

      визначення похибки встановлення амплітуди імпульсів.

     При проведенні зовнішнього  огляду повинно бути встановлено  відповідність генератора імпульсів що повіряється наступним вимогам:

      генератор повинен  бути укомплектований усім необхідним для проведення повірки, забезпечено технічним описом та інструкцією з експлуатації;

      не повинно бути механічних ушкоджень порушуючих роботу приладу або заважаючих роботі повірників;

      зовнішній стан відлікових шкал та приладів повинно забезпечувати  відлік показань.

     Опробування генератора що повіряється виконується одразу після його включення та здійснюється електронно-променевим осцилографом, який повинен забезпечити можливість спостерігання основних імпульсів генератора у всьому діапазоні встановлених значень тривалості, частоти повторення, часових зрушень та амплітуди. 

2. Обґрунтування вибору методів і засобів повірки

     2.1. Визначення похибки встановлення частоти (періоду) слідування імпульсів

     Згідно [3,4], визначення похибки встановлення частоти (періоду) слідування імпульсів виконують методом прямого виміру частоти (періоду) слідування електронно-лічильним частотоміром та розрахунком похибки по формулі:

       ,     (2.1)

де    - відносна похибка встановленого значення визначаємого параметру;

      - значення визначаємого параметра, встановлене по відліковому пристрою генератора, що провіряється;

         - дійсне значення визначаємого параметра, отримане при вимірюванні зразковим засобом повірки.

      Електронно-лічильний частотомір повинен забезпечувати вимір частоті (періоду) слідування імпульсів генератора що повіряється в заданому діапазоні частоти (періоду) слідування імпульсів. Похибка засобів повірки не повинна перевищувати похибки, що припускається для визначаємого параметра генератора.

      Структурна схема  з’єднання приладів при вимірюванні частоти(періоду)  слідування імпульсів представлена на мал.2. 

Мал. 2 

      Для генератора з  фіксованими значеннями частоти (періоду) слідування імпульсів, як це передбачено вихідними даними до курсового проекту, похибку встановлення частоти (періоду) слідування встановлюють для кожного фіксованого значення частоти (періоду) слідування імпульсів.

      Результати повірки по даному пункту вважаються позитивними, і генератор допускається до подальшої повірки, якщо розраховане по формулі 2.1 значення  

похибки не перевищує значення встановленого  в нормативної документації на генератор що повіряється. 

      2.2. Визначення похибки встановлення тривалості імпульсів.

     Визначення похибки  встановлення тривалості імпульсів виконують вимірюванням тривалості імпульсів методом прямих вимірювань за допомогою електронно-лічильного частотоміру [3,4], що працює у режимі вимірювання тривалості та визначенням похибки згідно формули 2.1.

     Електронно-лічильний  частотомір повинен забезпечувати вимірювання тривалості імпульсів генератора що повіряється у всьому діапазоні або у частині діапазону, встановлених значень тривалості імпульсів з похибкою, не перевищуючою 1/3 допустимої похибки тривалості імпульсів нашого генератора.

     Структурна схема  з’єднання приладів при вимірюванні тривалості імпульсів електронно-лічильним частотоміром наведена на мал.2

  Похибку установки тривалості імпульсу встановлюють не менш, як за трьома оцифрованими точками шкали кожного піддіапазону многодиапазонних генераторів та не менш, як за п'ятьма оцифрованими точками шкали однодіапозонних генераторів, розподілених за шкалою включаючи дві кінцеві точки. Похибку установки тривалості імпульсу встановлюють при установці двох значень амплітуди імпульсів – максимальної(номінальної) та мінімальної.

      Результати повірки  по даному пункту вважаються позитивними, і генератор допускається до подальшої  повірки, якщо розраховане по формулі 2.1 значення похибки не перевищує  значення встановленого в нормативній документації на повіряємий генератор. 

      2.3. Визначення параметрів спотворень

      Параметри спотворень(тривалість фронту і зрізу, викид на вершині і в паузі, нерівномірність і нахил вершини) імпульсів генератора визначають методом прямих вимірювань за допомогою електронно-променевого осцилографа [3,4]. Структурна схема з'єднання приладів при вимірі параметрів спотворень повинна відповідати мал.3.

Мал. 3 

      При вимірі тривалості фронту і зрізу імпульсів коефіцієнт розверстування  осцилографа калібрують і встановлюють таке його значення, щоб ширина зображення вимірюваної ділянки імпульсу була не менше одного великого ділення шкали по осі X на екрані електронно-променевої трубки.

      Вимір викидів на вершині і в паузі, нерівномірності Y і нахилу вершини, значення яких більше 3%, проводять безпосередньо за шкалою Y осцилографа, що калібрується.

      Потім розраховують відносні значення параметрів у відсотках по формулі:

                                          (2.3)

де - абсолютне значення параметру, одиниця напруги або одиниця  довжини;

        - амплітуда імпульсу, одиниця напруги або одиниця довжини.

      Параметри спотворень за винятком нахилу вершини визначають для найбільшого значення тривалості для двох встановлюваних значень  амплітуди - максимальної(номінальної) і мінімальної. Частота (період) повторення має бути максимально допустимій для встановленого значення тривалості імпульсів.

      Результати повірки  по даному пункту вважаються позитивними, і генератор допускається до подальшої  повірки, якщо розраховане по формулі 2.1 значення похибки не перевищує значення встановленого в нормативній документації на повіряємий генератор. 

      Похибка установки часового зрушення імпульсів(основних імпульсів генератора відносно імпульсів синхронізації) встановлюють вимірюванням часового зрушення методом прямих вимірювань за допомогою електронно-променевого осцилографа [3,4] та розрахунком похибки згідно формули 2.1.

     Структурна  схема з’єднання приладів при вимірюваннях зсувів основних імпульсів відносно імпульсів синхронізації генератора що повіряється наведена на мал. 4.

     Мал. 4

     Синхроімпульси  осцилографа подають до входу  зовнішнього запуску генератора що повіряється. На один з входів двоканального підсилювача осцилографа подають синхроімпульси генератора, що перевіряється, на інший вхід - основні імпульси. Відповідними регулюваннями осцилографа та повіряє мого генератора добиваються стійкого зображення імпульсів на екрані. Коефіцієнт відхилення встановлюють таким, щоб розмах зображення імпульсів був рівний або близький до значення робочої ділянки екрану по осі Y.

      Для зручності проведення вимірів зображення ліній розгортки поєднують в  одну. Коефіцієнт розгортки калібрують і встановлюють таким, щоб ділянка розгортки між точками фронтів імпульсів, розташованими на рівнях 0,5 їх амплітуд, займала не менше 40% робочої частини розгортки. Вимірюють довжину цієї ділянки. Дійсне значення тимчасового зрушення розраховують по формулі 2.2, де під розуміють дійсне значення часового зсуву в одиницях часу, а під - довжину виміряної ділянки в одиницях довжини.

      Для генераторів з фіксованими значеннями часового зсуву похибку встановлення часового зсуву визначають для кожного  фіксованого значення часового зсуву.

     Визначення похибки встановлення часових зсувів необхідно проводити для двох встановлюваних значень амплітуди – максимальної та мінімальної; тривалість імпульсів повинна бути мінімальною.

      Результати повірки  по даному пункту вважаються позитивними, і генератор допускається до подальшої повірки, якщо розраховане по формулі 2.1 значення похибки не перевищує значення встановленого в нормативній документації на генератор, що повіряється. 

      2.5. Визначення похибки встановлення амплітуди імпульсів

      Визначення похибки установки амплітуди імпульсів генератора виконують вимірюванням встановленого значення амплітуди методом прямих вимірювань за допомогою електронно-променевого осцилографа з каліброваним коефіцієнтом відхилення [3,4] та розрахунком похибки згідно формули 2.1.

      Структурна  схема з'єднання приладів при  вимірі амплітуди імпульсів за шкалою Y осцилографа, що калібрується, повинна відповідати мал. 3

      Перед початком вимірів коефіцієнт відхилення осцилографа має бути відкалібрований  і повинно бути встановлено таке його значення, щоб висота зображення імпульсу на екрані електронно-променевої трубки була не менше 40% робочої частини екрану на осі Y. Коефіцієнт розгортки встановлюють таким, щоб ширина зображення імпульсу на рівні амплітуди була не менше 40% робочої частини розгортки. Відповідними органами регулювання осцилографа добиваються стійкого зображення імпульсу на екрані електронно-променевої трубки. Вимірюють за шкалою висоту зображення імпульсу між основою і рівнем амплітуди імпульсу і розраховують дійсне значення амплітуди за формулою:

                                     ,     (2.4)

     де  – коефіцієнт відхилення, одиниця напруги/одиниця довжини;

           - висота зображення імпульсу між основою та рівнем амплітуди імпульсу, одиниця довжини.

Похибка установки амплітуди імпульсів  визначають не менш як у трьох точках шкали, включно з точкою найбільшого(номінального) значення амплітуди та двох точок на вибір. Вимірювання виконують не менш, як для двох значень тривалості, у тому числі найменшого, для імпульсів обох полярностей.

      Результати повірки  по даному пункту вважаються позитивними, і генератор допускається до подальшої  повірки, якщо розраховане по формулі 2.1 значення похибки не перевищує  значення встановленого в нормативній документації на повіряємий генератор.

3. Обґрунтування вимог до метрологічних характеристик робочих еталонів. Розробка пропозицій з вибору типів засобів повірки

     3.1.Згідно ГОСТ 8.206-76(СТ СЭВ 3074-81) похибка зразкових засобів повірки (робочих еталонів) не повинна перевищувати припустимої похибки параметра генератора,що визначається.

     3.2.При  визначенні похибки встановлення частоти (періоду) повторення імпульсів згідно п.2.1, електронно-лічильний частотомір повинен забезпечувати вимірювання частоти (періоду) повторення імпульсу генератора що повіряється на всьому діапазоні або в встановленому значенню частоти (періоду) повторення та відповідати вимогам п.3.1 [3].

     Згідно завдання на курсовий проект, період слідування генерованих імпульсів = 1мс= с (при цьому частота повторення в герцах обчислюється по формулі =1000 Гц) . Виходячи з вимог п.3.1 та заданого періоду(частоти) слідування генерованих імпульсів в якості засобу повірки вибираємо електронно-лічильний частотомір типу Ч3-54 [5], який застосовується для налаштування, випробувань і калібрування різного роду вимірювальної техніки та має наступні основні характеристики:

     по  входу А - діапазон вимірювання частоти: в діапазоні 0,1 Гц – 300 МГц

       з похибкою ;

     по  входу Б – період імпульсів будь якої полярності з тривалістю імпульсів не менш 0,1 мкс у діапазоні частот від 0 до 1 мГц;

       діапазон амплітуди вхідних сигналів:0,1 В – 100 В (0,1 Гц-120 МГц);

     границя вимірювань тривалості імпульсів: - с.

      3.3.При визначенні похибки встановлення тривалості імпульсів генератора згідно п.2.2 за допомогою електронно-лічильного частотоміру, необхідною умовою вважається те, що похибка не повинна перевищувати 1/3 допустимої похибки визначення тривалості імпульсів. Згідно завданню на курсовий проект вона складає у діапазоні тривалостей 10 – 100 мкс, тобто знаходиться в інтервалі від до відповідно. У вибраного в п.3.1 частотоміра Ч3-54 діапазон тривалостей імпульсів що вимірюються складає

- с. 
 

         Таким чином, частотомір що повіряє повинен забезпечити вимірювання імпульсів не гірше 0,6 мкс. У вибраного в п.3.1 частотоміра Ч3-54 діапазон тривалостей імпульсів що вимірюються становить 0,1мкс - с, тобто мінімальна величина повністю відповідає вимогам до засобів повірки. 

      3.4.При визначенні параметрів спотворень (тривалість фронту і зрізу, викид на вершині і в паузі, нерівномірність і нахил вершини) імпульсів  генератора, електронно-променевий осцилограф згідно п.2.3 повинен задовольняти наступним вимогам [3]:

      час наростання перехідної характеристики не повинен перевищувати 1/3 тривалості фронту(зрізу) досліджуємого імпульсу при значенні викиду на перехідній характеристики ,не перевищуючим значення викиду на вершині досліджуємого імпульсу;допускається час наростання перехідної характеристики осцилографа до двох разів менше тривалості фронту (зрізу) досліджуємих імпульсів при значенні викиду на перехідній характеристики,не перевищуючим 1/3 значення викиду на вершині імпульсів що досліджуються;

        нерівномірність вершині перехідної характеристики не повинна перевищувати значення нерівномірності вершини імпульсів що досліджуються;

      осциллограф повинен мати або прилад для компенсування вхідного сигналу, або диференційний підсилювач і калібратор амплітуди, що забезпечує на своєму виході постійну напругу змінної полярності з плавним регулюванням напруги у діапазоні значень амплітуди імпульсів генератора що повіряється;

      виміряне за допомогою  осцилографа значення параметрів спотворень не повинно перевищувати граничних  значень зазначених у технічному описі та інструкції з експлуатації генератора що провіряється.

      Виходячи з вищезазначеного, вибираємо в якості засобу повірки електронно-променевий осцилограф С1-70 [6], який забезпечує можливість дослідження сигналів амплітудами 10 мкВ – 500 В та тривалістю 0,3 нс – 150 с шляхом візуального спостереження і фотографування, та має наступні технічні характеристики:

      зі змінним блоком підсилювача каналу вертикального відхилення

                                    Я40-1100(1У11):