Принципі и средства измерений

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКНИКИ

 

 

 

Телекоммуникации и измерительной  техники

^{(Факультет)}

Метрологии и измерительной  техники

^{(Кафедра)}

 

Курсовая работа

 

Пояснительная записка

Разработка методики периодической  поверки СИТ

^{(тема  работы)}

Поверка СИТ для сертификационных испытаний

^{(дисциплина)}

 

 

 

Руководитель: д.т.н.,                                                      профессор Крюков А.Н.

Студент гр. МиВТ-09-1                                                                  Ламанова А.А.

 

 

 

 

 

 

2012

 

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЭЛЕКНИКИ

 

Кафедра "Метрологии и  измерительной техники"

Дисциплина: Поверка СИТ для сертификационных испытаний

Специальность: Метрология, сертификация и стандартизация

Курс 4 Группа МСС-09-1 Семестр I

 

ЗАДАЧИ

на курсовой проект

Ламанова Анастасия Александровна

1 Тема работы: Разработка методики периодической поверки СИТ

"Частотомер электронный аналоговый"

2 Срок сдачи студентом  законченной работы: "27" ноября 2012г.

3 Технические данные:

1. Поддиапазоны измерительных частот: 10 Гц – 100 Гц; 100 Гц – 1 кГц;

1 кГц – 10 кГц;

2. Диапазон напряжения входного сигнала: 200 – 240 В;

3. Граница основной приведенной погрешности: ±2%;

4. Вариация показаний: не больше 2%.

 

 

 

 

 

 

 

Студент ______________________________________________ Ламанова А.А.

Руководитель _____________________________________ проф. Крюков А.Н.

"___" __________________ 2012p.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВСТУПЛЕНИЕ____________________________________________________4

1 АНАЛИЗ ПЕРЕЧНЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК___________________________________________________6

2  ВЫБОР МЕТОДОВ И  СРЕДСТВ ПОВЕРКИ_________________________9

2.1 Средства поверки__________________________________________9

2.2 Выбор метода поверки______________________________________9

3 ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ  К МЕТРОЛОГИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ РАБОЧИХ ЭТАЛОНОВ. РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ВЫБОРУ ТИПОВ СРЕДСТВ ПОВЕРКИ_____________________________12

4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ  ВЫПОЛНЕНИЯ ПОВЕРКИ _____________14

ВЫВОДЫ_______________________________________________________17

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ______________________18

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ________________________________________________19

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ________________________________________________20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУПЛЕНИЕ

 

Поверка – это установление пригодности средств измерительной  техники (СИТ) на которые распространено государственный метрологический надзор (ГМН) к применению на основе результата контроля их метрологических характеристик (МХ).

Поверку СИТ проводят должностные лица метрологических центров и территориальных органов центрального органа исполнительной власти по метрологии (ЦОИМ).

Кроме того, поверку СИТ  могут осуществлять поверочные лаборатории  организаций, предприятий уполномоченные на её определение.

Согласно законодательству Украины каждый прибор, на которые распространено ГМН, имеет межповерочный интервал. Это интервал времени через который необходимо произвести поверку прибора, в противном случае этим прибором пользоваться запрещено. 

Поверке подлежат СИТ, которые  находятся в эксплуатации, выпускаются из серийного производства, ремонта и в продажу, выдаются на прокат, на которые распространяется ГМН, а именно те, которые применяют во время:

- работ по обеспечению  охраны здоровья;

- работ по обеспечению  защиты жизни и здоровья граждан;

- контроля качества и безопасности продуктов питания и лекарственных средств;

- контроля по состоянию окружающей природной среды;

- контроля безопасности  условий труда;

- геодезичных и гидрометеорологических работ;

- торгово-коммерческих операций  и расчетов между покупателем  (потребителем) и продавцом (поставщиком, производителем, исполнителем), в том числе в сферах бытовых и коммунальных услуг, телекоммуникационных услуг и услуг почтовой связи;

- налоговых, банковских и таможенных операций;

- учета энергетических и материальных ресурсов (электрической и тепловой энергии, газа. Воды. Нефтепродуктов и т.д.), за исключением внутреннего учета. который ведут предприятия, организации и физические лица - субъекты предпринимательской деятельности; 

- работ связанных с государственной регистрацией земельных участков и недвижимого имущества;

- работ по обеспечению  технической защиты информации, необходимость которого определено законодательством;

- работ, которые выполняют  по поручению органов и правосудия;

- работ по оценки соответствия  продукции, процессов, услуг;

- Регистрации национальных  и международных спортивных рекордов.

Поверке также подлежат:

- Выходные и рабочие  эталоны метрологических центров  и территориальных органов;

- Исходные эталоны предприятий  и организаций;

- Средства измерительной  техники, которые применяют во  время государственных испытаний, государственной метрологической аттестации и поверки средств измерительной техники, а также для калибровки СИТ для других предприятий, организаций и для физических лиц.

С “технической” точки зрения калибровка и поверка понятия близкие, осуществляются с использованием одинаковых методов при сходных методах рабочих эталонов (РЭ) и т.д. С организационной точки зрения понятия различаются: результат поверки – однозначный о пригодности/непригодности СИТ и дальнейший допуск/не допуск к его применению, а по результату калибровки выводы о возможном применении СИТ делает их владелец.

 

 

1 АНАЛИЗ ПЕРЕЧНЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

 

В стандарте ГОСТ 8.009-84 “Государственная система обеспечения единства измерений. Нормирование и использование метрологических  характеристик средств измерений” приводится определение метрологических характеристик и их перечень, общий подход к выбору номенклатуры метрологических характеристик, а также способы установления норм на них и примеры применения.

В технической документации на средства измерений следует приводить перечень метрологических характеристик и нормы на них, исходя из того, что метрологические характеристики должны позволять: 
- прогнозировать характеристики погрешности результатов измерений - при приобретении средства измерений или при планировании измерений, 
- оценивать характеристики погрешности результатов измерений - при выполнении измерений в реальных условиях эксплуатации, 
- контролировать сохранность метрологических характеристик средств измерений при их испытаниях с приемлемыми затратами без потери достоверности контроля.

Нормы на метрологические  характеристики средств измерений  устанавливаются с целью обеспечения гарантий их соблюдения и сохранности на момент приобретения средства измерений, в период их эксплуатации и хранения. В соответствии со стандартом ГОСТ 8.009-84 эти нормы сообщаются пользователю в нормативных документах вида технических условий (ТУ) или технических описаний (ТО), а также в рекламной документации (выборочно) в виде пределов допускаемых значений метрологических характеристик. Гарантии сохранности метрологических характеристик обеспечиваются производителем и контролирующими государственными и ведомственными метрологическими органами путем метрологических испытаний средств измерений.

Метрологические характеристики делятся на следующие группы: 
- характеристики погрешности средств измерений, 
- характеристики преобразования сигналов измеряемых величин и сигналов измерительной информации, 
- характеристики взаимодействия с объектом и внешними средствами измерений, 
- прочие метрологические характеристики, то есть метрологические характеристики, которые в соответствии с ГОСТ 8.009-84 при технической необходимости могут устанавливаться дополнительно сверх указанных в этом стандарте.

Частотоме́р (неправ. частотометр) — измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.

При поверке электронно-счетных  частотомеров (ЭСЧ) контролируются следующие метрологические характеристики:

1) диапазон измеряемых  частот;

2) диапазон измеряемых  периодов;

3) основная относительная  погрешность измерения частоты, определяемая из выражения:

 

,     (1)

 

где d0 - относительная погрешность по частоте опорного кварцевого генератора;

Ти - время измерения;

fx - измеряемая частота.

4) основная относительная  погрешность измерения периода  определяется из выражения:

 

,     (2)

 

где Т0 - период следования счетных импульсов;

Тх - измеряемый период;

n - коэффициент умножения сигнала опорного генератора;

m - число усредняемых периодов.

Первая и вторая метрологические  характеристики определяются в операции поверки «Опробование». Если ЭСЧ находился в ремонте, то необходимо также проверить его работоспособность при минимальных входных напряжениях гармонических и импульсных сигналов.

При определении погрешностей δf и δT проверяют отдельно:

1) относительную погрешность  по частоте опорного кварцевого  генератора (δ0);

2) составляющие погрешности  измерения частоты и периода  из-за дискретности (вторые слагаемые в формулах (1) и 2)).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2  ВЫБОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЕРКИ

 

2.1 Средства поверки

 

При поверке ЭСЧ применяются  следующие эталонные и вспомогательные средства поверки.

1 Приемники эталонных  частот.

2 Рубидиевые стандарты  частоты с номинальными значениями  частот 100 кГц, 1 и 5 МГц с относительной нестабильностью порядка 10-11.

3 Кварцевые генераторы  с теми же значениями номинальных  частот и относительной нестабильностью  порядка 10-8.

Стандарты частоты и кварцевые  генераторы являются мерами образцовой частоты и если есть возможность и необходимость, то точность этих мер контролируется с помощью приемников эталонных частот.

4 Синтезаторы частоты,  перекрывающие диапазон частот 0,01 Гц – 50 МГц.

5 Умножители частоты.

6 Компараторы частоты.

7 Генераторы универсальные,  вольтметры переменного напряжения  и осциллографы.

 

2.2 Выбор метода поверки 

Для начала рассмотрим поверочную схему для СИ времени и частоты. Проанализировав её, мы сможем выбрать метод поверки частотомера. Поверочную схему времени и частоты я нашла в Гост 8.129-99 « Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты» и изобразила на рис.1.

 

Рис 1 – Часть поверочной схемы для СИ времени и частоты.

 

По Гост 8.129-99 в поверочной схеме (рис.1) в качестве рабочего средства измерения (РСИ) времени и(или) частоты применяют приборы технического или специализированного назначения, основанные на использовании различных периодических процессов (квантовые,кварцевые, резонансные и гетеродинные измерители частоты; ЭСЧ; синтезаторы; маятниковые, балансовые и другие механические часы; измерительные лазеры и др., а так же генераторы электромагнитных колебаний, синхронизированные по более точным квантовым и кварцевым мерам частоты). Допускаемая относительная погрешность (S_o) РСИ частоты составляют от 1*10^-12 до 1*10^-3.

Проанализировав рис.1 можно  выбрать только единственный метод и этот метод называется «методом непосредственного сличения».

Суть метода заключается  в том, что одновременно происходит измерение физической величины (ФВ), поверяемого СИТ, и рабочим эталоном.

 

Рис.2 – Схема включения  для измерения методом непосредственного  сдичения

 

Метод можно реализовать  двумя способами:

а) способ регистрации совпадений. В данном случае совмещают указатель поверяемого эталона, а отсчет снимают по шкале РЭ;

б) способ отсчета по шкале  РЭ.

При поверке единственного  СИТ применим/предпочтителен 1-й способ, а при одновременной поверке нескольких СИ применим 2-й способ (первый способ невозможно применить).

Метод достаточно прост и  не требует высокой  квалификации поверителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МЕТРОЛОГИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ РАБОЧИХ ЭТАЛОНОВ. РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ВЫБОРУ ТИПОВ СРЕДСТВ ПОВЕРКИ

 

В качестве рабочих эталонов (РЭ) единицы частоты применяют  квантовые стандарты частоты.

РЭ единиц частоты применяют для поверки и калибровки подчинённых рабочих СИ непосредственным сличением, сличением при помощи частотного компаратора, а так же сличением при помощи сигналов навигационных систем, телевидения, радио и др. каналов связи.

При проведении поверке частотомеров должны быть применены следующие средства поверки:

образцовый частотомер, пределы допускаемой основной погрешности которого приведены в табл. 1.

 

Таблица 1 – Пределы допускаемой  основной погрешности образцового  частотомера

 

Класс точности поверяемого частотомера	Пределы допускаемой погрешности, %, образцового частотомера	Тип и характеристика образцового  частотомера
0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0	1*10-3 1*10-2 ±0,02 ±0,05 ±0,1 ±0,2	ЭСЧ типа Ч3-35А по НТД
1,5 2,5 4,0 5,0	±0,5 ±0,5 ±1,0 ±1,5	Частотомер типа Ф5043. Класса точности 0,5, с диапазоном измеряемых частот 0-20000 Гц по ГОСТ 75590-93

 

вольтметр переменного тока класса точности 2,5  с пределом измерения       0-400 В, частотой 10-20000 Гц по ГОСТ 8711-93;

универсальный осциллограф  типа С1-76 с полосой частот 0-1 МГц  по НТД;

источник переменного  тока синусоидальной формы с диапазоном регулирования выходного напряжения от 0 до 380 В. Диапазон частот 10-20000 Гц, мощность 20 Вт; значение коэффициента нелинейных искажений не должны превышать указанных в НТД на частотомер конкретного типа;

механический секундомер типа СОПпр-2а-3010 по НТД;

установка для испытанияэлектрической прочности изоляции с испытательным напряжением до 2,0 кВ типа УПУ-1М;

мегомметр типа М4101 по ГОСТ 23706-93;

поверочное приспособление для определения дополнительной погрешности от неуравновешенности подвижной части частотомера – клиновидная плита  с углом наклона 5⁰ (см. приложение 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ПОВЕРКИ

 

Проводим поверку частотомера  электронного аналогового. Который  имеет:

- три поддиапазона измеряемых частот: 10Гц – 100Гц; 100 Гц – 1кГц;   1 кГц – 10 кГц;

- диапазон напряжений  входного сигнала: 200 – 240 В;

- границу основной приведённой  погрешности: ±2%;

- вариацию показаний:  не больше 2%;

- шкалу измерений указанную  на рис.3.

 

 

 

 

 

Рис.3 – Шкала частотомера

 

Поверка проводится в пяти точках каждого поддиапазона, т.е. в нашем случае будет сделано 30 измерений т.к. в нашем частотомере три поддиапазона. Для поверки я выбрала такие поверяемые отметки: 10, 30, 60, 80, 100.

Проведение поверки:

1. Проводим внешний осмотр;

2. Проверяем электрическую  прочность изоляции;

3. Проводим проверку сопротивления  изоляции;

5. Определяем основную  погрешность и вариацию показаний:

- Вариация показаний производится измерением частоты в каждой отметке шкалы, измеряя её при подходе к поверяемой отметке со стороны увеличения и уменьшения частоты;

- Основную абсолютную погрешность в Гц определяют как максимальную Разность между показаниями поверяемого частотомера и действительным значением измеряемой частоты и рассчитывают по формуле

 

_,

 

где  _{- показания поверяемого частотомера, Гц;}

       _{- действительное значение измеряемой частоты,} Гц.

- Основную относительную погрешность δ в процентах определяют по формуле

 

,

 

где  - относительная погрешность в процентах значения измеряемой частоты;

  - наибольшая по абсолютному значению разность между показаниями поверяемого частотомера и действительным значением измеряемой частоты, Гц;

  - значение измеряемой частоты.

- Приведенную погрешность  в процентах определяют по  формуле

 

,

 

где – приведенная погрешность в процентах нормирующего значения;

  - нормирующее значение частоты, Гц.

6. Определяем время установления  показаний частоты;

7. Определяем дополнительную  погрешность от неуровновешенности подвижной части частотомера.

Оформление результатов  поверки:

1) Положительные результаты первичной поверки оформляют записью в паспорте и нанесением на частотомер оттиска поверительного клейма;

2) Положительные результаты  государственной периодической  поверки оформляют нанесением  оттиска поверительного клейма  и выдачей свидетельства по форме, установленной Госстандартом.  С указанием на обороте максимального значения погрешности частотомера. Положительные результаты поверки образцового частотомера оформляют нанесением оттиска поверительного клейма и выдачей свидетельства, на лицевой стороне которого наносят слово «образцовый», а на оборотной стороне записывают результаты поверки по настоящему стандарту;

3) Положительные результаты  первичной и периодической ведомственной поверки оформляют в порядке, установленном ведомственной метрологической службой;

4) Результаты измерений  заносят в протокол, пример которого  приведён в приложении 2;

5) Частотомеры. Не удовлетворяющие требованиям настоящего стандарта. К выпуску и применению не допускают, на них выдают извещение о непригодности, а клеймо гасят.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

 

В курсовой работе был рассмотрен частотомер, как метрологический  прибор измерения. Были исследованы  способы его поверки, различные  методы его поверки, рассмотрены приборы, при помощи которых и происходит поверка частотомера. Теоретически была выполнена поверка частотомера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. ГОСТ 8.009-84. "Нормируемые метрологические характеристики средств измерений".

2. ГОСТ 8.129-99. "Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты".

3. ГОСТ 8.422-81 ."Государственная система обеспечения единства измерений. Частотомеры. Методы и средства поверки".

4. ДСТУ 2708:2006 "Метрологія. Повірка засобів вимірювальної техніки. Організація і порядок проведення" .

5. http://ru.wikipedia.org/
6. http://metrologu.ru/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Справочное

 

 

ПОВЕРОЧНОЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ОТ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ ПОДВИЖНОЙ ЧАСТИ ЧАСТОТОМЕРА

 

Приспособление представляет собой наклонную плоскость с  углом наклона 5⁰, которое устанавливают на горизонтальной поверхности поверочного стенда или стола. Приспособление может быть изготовлено из любого метала (из алюминия или алюминиевых сплавов). Его собирают из отдельных элементов ( пластины и боковых укосин) или отливают в виде полой детали. Наклонную поверхность обрабатывают соответствующим образом для придания ей плоскостности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Обязательное

ПРОТОКОЛ №____

поверки частотомера №________, тип________

Предприятие изготовитель______________________________________________________

Дата поверки__________________________________________________________________

Частотомер пренадлжит_________________________________________________________

1. Определение основной погрешности

Номинальное напряжение, В_____________________________________________________

Под-диа-па-зоны	Отмет-ки	Действительное значение измеряемой частоты, Гц		Показания поверяемого частотомера, Гц			Основная погрешность
		При увели-чении	При умень-шении	При увели-чении	При умень-шении		Абсолютная, Гц	Относительная, %	Приведенная, %
1	10 30 60 80 100
10	10 30 60 80 100
100	10 30 60 80 100

 

2. Вариация показаний частотомера достигает_______________________________
3. Дополнительная погрешность от неуравновешенности подвижной части частотомера достигает_________________________________________________
4. Время успокоения, с___________________________________________________

Частотомер______________________________________________________________

                                           ^{(годен; не годен – указать причину)}

Поверитель_____________________                        ________________________

                     ^{(фамилия, имя, отчество)                                                      (подпись)}