Разработка технических требований к мультиметру

Министерство образования  и науки Республики Казахстан

Карагандинский Государственный  технический университет

 

 

 

Кафедра: Приборостроения


 

 

 

 

КУРСОВАЯ

РАБОТА

 

 

По дисциплине:   Методы и средства измерений, испытаний и

контроля



Тема:  Разработка технических требований к


мультиметру


 

 

 

Руководитель:

Юрченко В. В.



 


Студент: гр. ПС-10-2


 

 Хусаинова О. Т.




 

 

 

 

 

 

Караганда 2012

Министерство образования  и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный  технический университет

 

 

 

Факультет______________    «УТВЕРЖДАЮ»

Кафедра________________    Зав. кафедрой_____________

(подпись)

«_____»___________20___г.

 

 

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

 

по дисциплине______________________________________________________

__________________________________________________________________

 

Студенту(ке)__________________________________ группы______________

 

Тема ______________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

 

Исходные данные __________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание выдано «_____»_______________________________________20___г.

 

Руководитель_____________________________подпись___________________

 

Студент__________________________________подпись__________________

Оглавление

 

 

Введение 4

1 Анализ  работы мультиметра ИМС–Ф1 5

2 Анализ  методов и средств поверочных  работ 10

3 Условия  проведения испытаний 15

4 Выбор  оборудования для проведения  поверки 16

5 Разработка  программы аттестации 17

6 Разработка  методики аттестации 18

Список  использованной литературы 24

Протокол 25

Приложения 29

 

 

Введение

 

 

Средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, подвергаются поверке  органами Государственной метрологической  службы при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту  и эксплуатации.

Допускается продажа и  выдача напрокат только поверенных средств  измерений. Перечни групп средств  измерений, подлежащих поверке, утверждаются Госстандартом.

По решению Госстандарта право поверки средств измерений  может быть предоставлено аккредитованным  метрологическим службам юридических  лиц. Деятельность этих метрологических  служб осуществляется в соответствии с действующим законодательством  и нормативными документами по обеспечению  единства измерений.

Поверочная деятельность, осуществляемая аккредитованными метрологическими службами юридических лиц, контролируется органами Государственной метрологической  службы по месту расположения этих юридических лиц.

Поверка средств измерений  осуществляется физическим лицом, аттестованным  в качестве поверителя органом Государственной  метрологической службы.

Ответственность за ненадлежащее выполнение поверочных работ и несоблюдение требований соответствующих нормативных  документов несет соответствующий  орган Государственной метрологической  службы или юридическое лицо, метрологической  службой которого выполнены поверочные работы.

В сферах распространения  государственного метрологического контроля и надзора юридические и физические лица, выпускающие средства измерения  из производства или ремонта, ввозящие средства измерений и использующие их в целях эксплуатации, проката  или продажи, обязаны своевременно представлять средства измерений на поверку.

Порядок представления средств  измерений на поверку устанавливается  Госстандартом. Положительные результаты поверки средств измерений удостоверяются поверительным клеймом или свидетельством о поверке. Форма поверительного клейма и свидетельства о поверке, порядок нанесения поверительного клейма устанавливаются Госстандартом.

При выполнении поверочных работы на территории отдельного региона  с выездом на место эксплуатации средств измерений орган исполнительной власти этого региона обязан оказывать  поверителям содействие, в том  числе: предоставлять им соответствующие  помещения; обеспечивать их вспомогательным  персоналом и транспортом; извещать всех владельцев и пользователей  средств измерений о времени  поверки.

 

1 Анализ работы мультиметра  ИМС–Ф1

1.1 Назначение  прибора

 

 

Прибор предназначен для  измерения параметров однофазной электрической  сети, таких как напряжение, ток, частота, полная, активная и реактивная мощности и коэффициент мощности (cos φ).

Прибор может быть использован  в различных отраслях промышленности, коммунального и сельского хозяйства.

Прибор позволяет осуществлять следующие функции:

– измерение параметров сети;

– отображение текущих  измерений на встроенных светодиодных цифровых индикаторах.

 

1.2 Технические  характеристики

 

 

Общие технические характеристики прибора приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1

Общие характеристики прибора

Наименование

Значение

Напряжение питания, В

от 90 до 264

частотой от 47 до 63

Потребляемая мощность, ВА, не более

6

Количество входов

2

Время опроса входа, с, не более

1

Степень защиты корпуса

IP54

Габаритные размеры прибора, мм

96×96×65

Масса прибора, кг, не более

0,5

Средний срок службы, лет

10


 

Измеряемые параметры  приведены в таблице 1.2

Таблица 1.2 – Параметры, измеряемые прибором

Наименование параметра

Диапазон измерений

Основная приведенная  погрешность измерений, %

Переменное напряжение (действующее  значение)

от 40,0 до 400,0 В

0,5

Переменный ток

(действующее значение)

от 0,020 до 5,000 А

0,5


 

Продолжение таблицы 1.2

Активная мощность

от 0,020 до 2,000 кВт

1,0

Реактивная мощность

0,020 до 2,000 кВАр

1,0

Полная мощность

от 0,020 до 2,000 кВА

1,0

Коэффициент мощности (cos φ)

от 0 до 1

2,0

Частота

от 47,00 до 63,00 Гц

0,5


 

1.3 Условия эксплуатации  прибора

 

 

По устойчивости к механическим воздействиям при эксплуатации прибор соответствует группе исполнения N2 по ГОСТ Р 52931-2008.

По устойчивости к климатическим  воздействиям при эксплуатации прибор соответствует группе исполнения В4 по ГОСТ Р 52931-2008.

При этом прибор эксплуатируется  при следующих условиях:

– закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров  и газов;

– температура окружающего  воздуха от – 20 до +50 °С;

– верхний предел относительной  влажности воздуха – не более 80 % при +35 °С и более низких температурах без конденсации влаги;

– атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа.

Примечание – Требования в части внешних воздействующих факторов являются обязательными, как  относящиеся к требованиям безопасности.

 

1.4 Принцип действия

 

 

Прибор имеет в своем  составе: входы измерения тока и  напряжения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микроконтроллер, обрабатывающий входной сигнал, четырехразрядный светодиодный цифровой индикатор, единичные светодиодные индикаторы, кнопку переключения режимов  измерения и вторичный источник питания (ВИП) с гальванической развязкой.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Устройство  прибора

 

 

Структурная схема прибора  приведена на рисунке 1.1.

 

Рисунок 1.1 – Структурная  схема

 

Прибор конструктивно  выполнен в пластмассовом корпусе, предназначенном для щитового крепления. Эскиз корпуса с габаритными  и установочными размерами приведен в Приложении А.

Все элементы прибора размещены  на двух печатных платах. На лицевой  панели расположены цифровые индикаторы и кнопка переключения режима измерения, на задней – источник питания и  измерительная часть. Для установки  прибора в щит в комплекте  прилагаются крепежные элементы.

1.6 Подключение  прибора

 

 

Подключение прибора производится по схемам, приведенным в приложении Б, с соблюдением изложенной ниже последовательности действий:

– подключить прибор к источнику  питания;

– подключить линии связи  «прибор – входные сигналы».

После подачи напряжения питания, при отсутствии неисправностей, на цифровом индикаторе отобразится текущее  значение измеряемой величины. Если показания  прибора не соответствуют реальному  значению измеряемой величины, необходимо проверить целостность линии  связи, а также правильность подключения.

 

 

1.7 Меры безопасности

 

 

По способу защиты от поражения  электрическим током прибор соответствует  классу II по ГОСТ 12.2.007.0-75.

При эксплуатации, техническом  обслуживании и поверке необходимо соблюдать требования ГОСТ 12.3.019-80, «Правил  эксплуатации электроустановок потребителей»  и «Правил охраны труда при  эксплуатации электроустановок потребителей».

На открытых контактах  клеммника прибора при эксплуатации присутствует напряжение величиной  до 400 В, опасное для человеческой жизни. Любые подключения к прибору  и работы по его техническому обслуживанию производятся только при отключенном  питании прибора.

Не допускается попадание  влаги на контакты выходного разъема  и внутренние электроэлементы прибора. Запрещается использование прибора  в агрессивных средах с содержанием  в атмосфере кислот, щелочей, масел  и т. п.

Подключение, регулировка  и техобслуживание прибора должны производиться только квалифицированными специалистами, изучившими настоящее  руководство по эксплуатации.

 

1.8 Транспортирование  и хранение

 

 

Приборы транспортируются в  закрытом транспорте любого вида. Крепление  тары в транспортных средствах должно производиться согласно правилам, действующим  на соответствующих видах транспорта.

Условия транспортирования  должны соответствовать условиям 5 по ГОСТ 15150-69 при температуре окружающего  воздуха от минус 25 до +55 °С с соблюдением  мер защиты от ударов и вибраций.

Перевозку осуществлять в  транспортной таре поштучно или в  контейнерах.

Условия хранения в таре на складе изготовителя и потребителя  должны соответствовать условиям 1 по ГОСТ 15150-69. В воздухе не должны присутствовать агрессивные примеси.

Приборы следует хранить  на стеллажах.

 

2 Анализ методов  и средств поверочных работ

2.1 Общие сведения

 

 

Допускается применение четырех методов поверки средств измерений: непосредственное сличение с эталоном; сличение с помощью компаратора; прямые измерения величины; косвенные измерения величины.

Метод непосредственного  сличения поверяемого средства измерения с эталоном соответствующего разряда широко применяется для различных средств измерений в таких областях, как электрические и магнитные измерения, для определения напряжения, частоты и силы тока. В основе метода лежит проведение одновременных измерений одной и той же физической величины поверяемым и эталонным приборами. При этом определяют погрешность как разницу показаний поверяемого и эталонного средств измерений, принимая показания эталона за действительное значение величины. Достоинства этого метода в его простоте, наглядности, возможности применения автоматической поверки, отсутствии потребности в сложном оборудовании.

Метод сличения с помощью  компаратора основан на использовании прибора сравнения, с помощью которого сличаются поверяемое и эталонное средства измерения. Потребность в компараторе возникает при невозможности сравнения показаний приборов, измеряющих одну и ту же величину, например, двух вольтметров, один из которых пригоден для постоянного тока, а другой — переменного. В подобных ситуациях в схему поверки вводится промежуточное звено — компаратор. Для приведенного примера потребуется потенциометр, который и будет компаратором. На практике компаратором может служить любое средство измерения, если оно одинаково реагирует на сигналы как поверяемого, так и эталонного измерительного прибора. Достоинством данного метода специалисты считают последовательное во времени сравнение двух величин.

Метод прямых измерений применяется, когда имеется возможность сличить испытуемый прибор с эталонным в определенных пределах измерений. В целом этот метод аналогичен методу непосредственного сличения, но методом прямых измерении производится сличение па всех числовых отметках каждого диапазона (и поддиапазонов, если они имеются в приборе). Метод прямых измерений применяют, например, для поверки или калибровки вольтметров постоянного электрического тока.

Метод косвенных измерений используется, когда действительные значения измеряемых величин невозможно определить прямыми измерениями либо когда косвенные измерения оказываются более точными, чем прямые. Этим методом определяют вначале не искомую характеристику, а другие, связанные с ней определенной зависимостью. Искомая характеристика определяется расчетным путем. Например, при поверке вольтметра постоянного тока эталонным амперметром устанавливают силу тока, одновременно измеряя сопротивление. Расчетное значение напряжения сравнивают с показателями поверяемого вольтметра. Метод косвенных измерений обычно применяют в установках автоматизированной поверки.

 

2.2 Методы поверки  напряжения переменного тока

 

 

Переменное напряжение переменного  тока может быть поверено методом подачи калибровочного напряжения переменного тока или методом сравнения с образцовым прибором.

К калибровочным установкам относятся:

– калибратор универсальный  Н4-6, диапазон изменения переменного  напряжения 0,1 мВ – 700В, диапазон измерения  переменного тока 1нА – 10А, класс  точности 0,002.

– калибратор универсальный Fluke 9100, диапазон изменения переменного  напряжения 0,1 мВ – 1050В, диапазон изменения  переменного тока 1нА – 20А, частота 10Гц – 600МГц, диапазон активной мощности 1мВт – 20кВт, реактивной мощности 1мВар – 20кВар, полной мощности 1мВА – 20кВА, класс точности 0,05.

К образцовым устройствам  относятся:

– мультиметр цифровой прецизионный Fluke 8508А, диапазон измерения переменного  напряжения 0,1 мВ – 1050В, диапазон измерения  переменного тока 1нА – 20А, класс  точности 0,005.

Схема подключения в зависимости  от выбранного способа представлена на рисунке 2.1

 

Рисунок 2.1 – Схема подключения: а) при использовании в качестве эталона калибратора, б) при использовании  в качестве эталона универсального вольтметра и меры напряжения.

2.3 Методы поверки  силы переменного тока

 

 

Переменный ток может  быть поверен тремя способами: методом подачи калибровочного напряжения переменного тока, методом сравнения с образцовым прибором или методом сличения с помощью компаратора.

К калибровочным установкам относятся калибратор универсальный  Н4-6 и калибратор универсальный Fluke 9100, технические характеристики которых  представлены в пункте 2.2 настоящей  МИ.

К образцовым устройствам  относятся:

– амперметр переменного  тока ЦА8500, диапазон измерения переменного  тока 0 – 50А, класс точности 0,01.

К компараторам относятся:

– потенциометрическая  установка постоянного тока типа У355, диапазон измерения от 0,3мкА до 80А, класс точности 0,01.

Схема подключения в зависимости  от выбранного способа представлена на рисунке 2.2

 

 

Рисунок 2.2 – Схема подключения: а) при использовании в качестве эталона калибратора, б) при использовании  в качестве эталона универсального вольтметра и меры тока.

 

2.4 Методы поверки  частоты напряжения переменного  тока

 

 

Частота напряжения переменного  тока может быть поверена подачи калибровочной частоты напряжения переменного тока или методом сравнения с образцовым прибором.

К калибровочным установкам относятся калибратор универсальный  Н4-6 и калибратор универсальный Fluke 9100, технические характеристики которых  представлены в пункте 2.2 настоящей  МИ.

К образцовым устройствам  относятся:

– частотомер электронно-счетный  Ч3-35А, диапазон измерения частот синусоидальных сигналов 10Гц – 50МГц, класс точности 0,02.

Схема подключения в зависимости  от выбранного способа представлена на рисунке 2.3

 

Рисунок 2.3 – Схема подключения: а) при использовании в качестве эталона калибратора, б) при использовании  в качестве эталона частотомера  и источника сигналов частоты.

 

2.5 Методы поверки  измерений активной, реактивной  и полной мощности, а также  коэффициента мощности.

 

 

Активную, реактивную и полную мощность, коэффициент мощности можно  поверить методом подачи калибровочной  мощности.

К калибровочным установкам относится калибратор универсальный Fluke 9100, технические характеристики которого представлены в пункте 2.2 настоящей  МИ.

Схема подключения калибратора  для поверки активной, реактивной и полной мощности представлена на рисунке 2.4.

 

Рисунок 2.4 – Схема подключения  калибратора

 

3 Условия проведения  испытаний

3.1 Требования  безопасности и требования к  квалификации поверителей

 

 

3.1.1 При проведении поверки  необходимо соблюдать требования  ГОСТ 12.3.019 - 92, «Правил технической  эксплуатации электроустановок  потребителей», «Правил техники  безопасности при эксплуатации  электроустановок потребителей». 

3.1.2 Любые подключения  приборов производить только  при отключенном напряжении питания  прибора. 

3.1.3 К работе с приборами  допускаются лица, изучившие РЭ  приборов, знающие принцип действия  используемых средств измерений  и прошедшие инструктаж по  технике безопасности (первичный  и на рабочем месте) в установленном  в организации порядке. 

3.1.4 К поверке допускаются  лица, освоившие работу с приборами  и используемыми эталонами, изучившими  настоящую рекомендацию, аттестованных  в соответствии с ПР 50.2.012 и  имеющих достаточную квалификацию  для выбора методики поверки  и выбора соответствующих эталонов

 

3.2Условия поверки

 

 

3.2.1 При проведении поверки  соблюдают следующие условия: 

- температура окружающего  воздуха, ОС    20 ± 2;

- относительная влажность  окружающего воздуха, %  30 - 80;

- атмосферное давление, кПа      84,0 - 106,7;

- напряжение питания,  В      220 ± 10

- частота питающей сети, Гц      50 ± 1.

3.2.2 Средства поверки и  поверяемые приборы должны быть  защищены от вибраций и ударов.

 

4 Выбор оборудования  для проведения поверки

 

 

Перечень оборудования, необходимого для поверки мультиметра приведен в таблице 4.1

Таблица 4.1

Оборудование для проведения поверки

Наименование оборудования

Класс точности

Номер пункта МИ

Примечание (диапазон измерения)

Линейка 1000

0,1

6.1

1 – 1000 мм

Лабораторные весы MWP-3000

0,1

6.1

0 – 3000 гр

Калибратор универсальный Fluke 9100

±0,05

6.2..6.10

0,1 мВ – 1050В,

1нА – 20А,

10Гц – 600МГц,

1мВт – 20кВт

1мВар – 20кВар

1мВА – 20кВА

Гигрометр психрометрический  ВИТ-2

±0,2°С

3.1

30 – 80 %

(влажность)

15 – 25 °С

(температура)

Контрольный метеорологический  барометр–анероид М–67

±1кПа

3.1

84 – 107 кПа

Вольтметр Э 545

0,5

3.1

0 – 300 В

Частотомер сетевой Ф 246

±0,04%

3.1

45 – 55 Гц

Вольтметр Э 545

0,5

3.1

0 – 300 В

Частотомер сетевой Ф 246

±0,04%

3.1

45 – 55 Гц

Климатическая камера КТХ–74

±0,1

6.8

–65 – +1650С

Источник постоянного  тока DLM 300–10E

0,1

6.9

0 – 300В


 

 

5 Разработка  программы аттестации

 

 

Программа аттестации представлена в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Программа  аттестации

№

Вид операции

Пункт ТХ

Пункт методики

Вид аттестации

Примечание

Первичная

Периодическая

1

Внешний осмотр

1.2, табл. 1.1

6.1

+

+

  

2

Опробование

1.2, табл. 1.1

6.2

+

+

  

3

Определение основной приведенной  погрешности измерения напряжения переменного тока.

1.2, табл 1.2

6.3

+

+

  

4

Определение основной приведенной  погрешности измерения силы переменного  тока.

1.2, табл 1.2

6.4

+

+

  

5

Определение основной приведенной  погрешности измерения частоты  напряжения переменного тока.

1.2, табл 1.2

6.5

+

+

  

6

Определение основной приведенной  погрешности измерения активной, реактивной и полной мощностей.

1.2, табл 1.2

6.6

+

+

  

7

Определение основной приведенной  погрешности измерения коэффициента мощности.

1.2, табл 1.2

6.7

+

+

  

8

Определение основной приведенной  погрешности при граничном значении температуры.

1.2, табл 1.2

6.8

+

+

  

9

Определение основной приведенной  погрешности при граничном значении напряжения

1.2, табл 1.2

6.9

+

+

  

10

Определение основной приведенной  погрешности при граничном значении частоты

1.2, табл 1.2

6.10

+

+

  

 

 

6 Разработка  методики аттестации

6.1 Внешний осмотр

 

 

6.1.1 При проведении внешнего  осмотра должно быть проверено  соответствие прибора следующим  требованиям: 

– прибор должен быть представлен  на поверку с эксплуатационной документацией, входящей в комплект поставки прибора (паспорт, руководство по эксплуатации).

– прибор должен быть чистым и не иметь механических повреждений  на корпусе и лицевой панели;

– прибор не должен иметь  механических повреждений входных  и выходных клеммных соединителей;

– на приборе должна быть маркировка, соответствующая РЭ.

6.1.2 Измерить габаритные  размеры прибора линейкой –  1000;

6.1.3 Измерить вес прибора  лабораторными весами MWP – 3000.

6.1.4 При несоответствии  одного и более из вышеперечисленных  пунктов прибор считается непригодным  к аттестации.

 

6.2 Опробование

 

 

6.2.1 При подаче питания  на прибор на цифровом индикаторе  прибора в течение нескольких  секунд должна отображаться контрольная  сумма исполняемого кода ПО  и номер версии (идентификационный  номер) встроенного программного  обеспечения прибора. 

6.2.2 Прибор устанавливают  в нормальное рабочее положение. 

6.2.3 Выполнить следующие  действия:

– включить питание прибора;

– настроить (при необходимости) тип измеряемого параметра;

– на индикаторе прибора  должны отобразиться символы «0000».

6.2.4 При невыполнении этих  требований или неверном функционировании  поверка прекращается, прибор бракуется  и направляется в ремонт.

 

6.3 Определение  основной приведенной погрешности  измерения напряжения переменного  тока.

 

 

6.3.1 Подключить калибратор  универсальный Fluke 9100 согласно схеме  на рисунке 2.1а), указанной в  пункте 2.2 настоящей МП к входу  поверяемого прибора. 

6.3.2 Последовательно установить  на выходе калибратора значения  частоты, соответствующие значениям  входного сигнала в контрольных  точках, указанных в протоколе  настоящей МИ.

6.3.3 Зафиксировать установившиеся  значения для каждой из этих  точек. 

6.3.4 Рассчитать для каждой  проверенной контрольной точки  основную приведенную погрешность  измерения входных сигналов по  формуле 1:

 

     (1)

 

где γ1 – значение основной приведенной погрешности измерения, %;

Аизм – значение измеряемой величины в заданной контрольной точке, определяемое по показаниям поверяемого прибора (В, А, Гц, ВА, Вт, вар, cos φ).

АД – действительное значение измеряемой величины в заданной контрольной точке, определяемое по показаниям эталонного средства измерений (В, А, Гц, ВА, Вт, вар, cos φ);

Разработка технических требований к мультиметру