Количественное обоснование локальных поверочных схем для средств измерения массы

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

ВШЭНиГ

Курсовой проект

По дисциплине/междисциплинарному курсу/модулю: «Проекты»

На тему: «Количественное обоснование локальных поверочных схем для средств измерения массы»

Выполнил (-а) обучающийся (-аяся): Пономарева Екатерина Сергеевна

Направление подготовки / специальность: 27.03.01 Стандартизация и метрология

Курс: 3 Группа: 241709

Руководитель: Владимирова Т.М., доцент кафедры СМС/к.т.н./доцент

Архангельск 2021



Содержание

Задание

Введение

1. Расчет характеристик погрешностей рабочих эталонов

1.1 Первый вариант альтернативной поверочной схемы

1.2 Второй вариант альтернативной поверочной схемы

1.3 Третий вариант альтернативной поверочной схемы

2. Метрологические характеристики СИ и методов поверки

2.1 Описание СИ

2.2 Погрешности методов поверки

2.3 Метрологические характеристики первичных эталонов

2.4 Метрологические характеристики рабочих эталонов

2.5 Метрологические характеристики рабочих СИ

3. Экономические показатели



Задание

Задание: Выполнить количественное обоснование локальных поверочных схем для средств измерений массы по следующим исходным данным, выбрать оптимальный вариант поверочной схемы по показателям метрологической эффективности и показателю затрат, построить чертеж локальной поверочной схемы.

Исходные данные проектирования:

1. Альтернативные варианты структуры поверочной схемы

Вариант 1

Вариант 2 Вариант 3

Рисунок 1 - Альтернативные варианты структуры поверочной схемы



1. Способы поверки всех СИ

Вариант 1 РЭ11: Косвенные измерения РЭ12: Сличение с помощью компаратора РЭ 22: Косвенные измерения РЭ 32: Непосредственное сличение РСИ1: Непосредственное сличение РСИ2: Непосредственное сличение РСИ 3: Косвенные измерения	Вариант 2 РЭ11: Непосредственное сличение РЭ12: Непосредственное сличение РЭ 21: Непосредственное сличение РЭ 22: Непосредственное сличение РЭ 32: Непосредственное сличение РСИ1: Непосредственное сличение РСИ2: Непосредственное сличение РСИ 3: Косвенные измерения
Вариант 3 РЭ11: Непосредственное сличение РЭ12: Сличение с помощью компаратора РЭ 21: Сличение с помощью компаратора РЭ 32: Непосредственное сличение РСИ1: Непосредственное сличение РСИ2: Непосредственное сличение РСИ 3: Косвенные измерения



Введение

Целью курсового проекта является получение навыка количественного обоснования локальных поверочных схем для средств измерений массы по следующим исходным данным, выбор оптимального варианта поверочной схемы по показателям метрологической эффективности и показателю затрат, построения чертежа локальной поверочной схемы.

Средство измерения -- техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного промежутка времени.

Средства измерения массы относится средствам измерения физической величины, они предназначены для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Поверочные схемы устанавливают систему передачи размера единицы физической величины от государственного эталона или исходного образцового средства измерений рабочим средствам измерений.

1. Расчет характеристик погрешностей рабочих эталонов

1.1 Первый вариант альтернативной поверочной схемы

Метрологические характеристики первичного эталона:

,

Таблица 1 - Характеристики рабочих СИ

Класс точности S	Предел допускаемой погрешности	Средняя производительность ПS, изм./ч	Межповерочный интервал , год	Верхняя оценка числа СИ , шт.
0,01	0,005	50	1	100
0,5	0,05	100	1	200
0,01	0,6	120	1	200

Таблица 2 - Характеристики рабочих эталонов

Разряд i	Предел СКО СИ Si	Предел СКО метода поверки SМi, %	Число измерений при поверке ni	Межповерочный интервал , год	Доверит. вероятность Pi	Средняя производ. СИ , год	Цена Кi, тыс. руб.	Средние затраты на эксплуатацию CЭi, тыс. руб.
11	2·10-4	0,12	10	1	0,95	200	3000	1000
21	1·10-3	0,1	8	1	0,95	300	3000	1000
22	1·10-3	0,12	8	1	0,95	300	2000	667
32	5·10-3	0,05	4	1	0,95	400	2000	667

Таблица 3 - Значения

ai - 1	Pgri = (1 - 2)%	Pgri = (0,5 - 1)%
0,5 и менее	1:2	1:3
0,7	1:2,5	1:3,5
1	1:3	1:4,5
2	1:5	1:7
3	1:6	1:10

В качестве характеристики погрешности вторичного эталона указывают доверительные границы погрешности воспроизведения единицы и передачи ее размера д₀ при вероятности Р₀ = 0,99.

Найдем предел допускаемых значений СКО суммарной погрешности воспроизведения единицы и передачи ее размера

,

где граница неисключенной систематической погрешности;

предел допускаемых значений среднего квадратического отклонения (СКО) случайной погрешности;

предел допускаемой нестабильности.

,

Найдем коэффициент, характеризующий распределение погрешностей вторичного эталона

,

где квантиль распределения Стьюдента при числе степеней свободы () и вероятности Р₀ = 0,99.

Коэффициент Стьюдента при и равен 2,98.

,

Определяем доверительные границы погрешности воспроизведения единицы и передачи ее размера при Р₀ = 0,99

,

,

б определяется как

,

где предел допускаемых значений СКО случайных погрешностей СИ;

метод поверки.

В качестве характеристики погрешности СИ указывают предел допускаемых доверительных границ его погрешности д_Уi при вероятности P_i.

Находим значение предела допускаемой нестабильности СИ

,

Определим предел допускаемых доверительных границ погрешности по формуле

,

где предел допускаемых значений СКО суммарной погрешности СИ i-й ступени передачи размера единицы.

коэффициент, характеризующий распределение погрешностей рабочих эталонов

,

,

где квантиль распределения Стьюдента при (n_i - 1) степени свободы и вероятности ;

число независимых измерений при поверке СИ по эталону i-й ступени передачи размера единицы.

РЭ11:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

,

РЭ22:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

,

РЭ21:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

РЭ32:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

Определим соотношение характеристик погрешностей эталона и поверяемого СИ

В качестве характеристики погрешности СИ указывают предел допускаемой погрешности и определяют соотношение характеристик погрешностей эталона и поверяемого СИ

,

где равно ;

,

,

.

Определяем значения показателя качества поверки: предел допускаемых значений наибольшей вероятности признания годным негодного СИ го типа (вероятности необнаруженного брака) и предел средней вероятности забракования годного СИ (фиктивного брака) , выбираем по МИ 187-86.

,

,

,

,

,

.

1.2 Второй вариант альтернативной поверочной схемы

Таблица 4 - Характеристики рабочих СИ

Класс точности S	Предел допускаемой погрешности	Средняя производительность ПS, изм./ч	Межповерочный интервал , год	Верхняя оценка числа СИ , шт.
0,01	0,005	50	1	100
0,5	0,05	100	1	200
0,01	0,6	120	1	200

Таблица 5 - Характеристики рабочих эталонов

Разряд i	Предел СКО СИ Si	Предел СКО метода поверки SМi, %	Число измерений при поверке ni	Межповерочный интервал , год	Доверит. вероятность Pi	Средняя производ. СИ , год	Цена Кi, тыс. руб.	Средние затраты на эксплуатацию CЭi, тыс. руб.
1.1	2·10-4	0,05	10	1	0,95	200	3000	1000
1.2	2·10-4	0,05	10	1	0,95	200	2500	833
2.1	1·10-3	0,05	8	1	0,95	300	2000	667
2.2	1·10-3	0,05	8	1	0,95	300	2000	667
3.2	5·10-3	0,05	4	1	0,95	400	2000	667

Определим предел допускаемых доверительных границ погрешности

РЭ11:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

,

,

,

РЭ12:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

,

РЭ21:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

,

РЭ 22:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

,

РЭ 32:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

,

Определим соотношение характеристик погрешностей эталона и поверяемого СИ

В качестве характеристики погрешности СИ указывают предел допускаемой погрешности и определяют соотношение характеристик погрешностей эталона и поверяемого СИ

,

где равно ;

,

,

.

Определяем значения показателя качества поверки: предел допускаемых значений наибольшей вероятности признания годным негодного СИ го типа (вероятности необнаруженного брака) и предел средней вероятности забракования годного СИ (фиктивного брака) , выбираем по МИ 187-86.

,

,

,

,

,

.

1.3 Третий вариант альтернативной поверочной схемы

Таблица 6 - Характеристики рабочих СИ

Класс точности S	Предел допускаемой погрешности	Средняя производительность ПS, изм./ч	Межповерочный интервал , год	Верхняя оценка числа СИ , шт.
0,01	0,005	50	1	100
0,5	0,05	100	1	200
0,01	0,6	120	1	200

Таблица 7 - Характеристики рабочих эталонов

Разряд i	Предел СКО СИ Si	Предел СКО метода поверки SМi, %	Число измерений при поверке ni	Межповерочный интервал , год	Доверит. вероятность Pi	Средняя производ. СИ , год	Цена Кi, тыс. руб.	Средние затраты на эксплуатацию CЭi, тыс. руб.
1.1	2·10-4	0,05	10	1	0,95	200	3000	1000
1.2	2·10-4	0,1	10	1	0,95	200	2500	833
2.1	1·10-3	0,1	8	1	0,95	300	2000	667
2.2	1·10-3	0,05	8	1	0,95	300	2000	667
3.2	5·10-3	0,05	4	1	0,95	400	2000	667

Определим предел допускаемых доверительных границ погрешности

РЭ11:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

.

РЭ12:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

.

РЭ21:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

РЭ 22:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

,

РЭ 32:

,

Из таблицы находим

,

,

,

,

,

.

Определим соотношение характеристик погрешностей эталона и поверяемого СИ

В качестве характеристики погрешности СИ указывают предел допускаемой погрешности и определяют соотношение характеристик погрешностей эталона и поверяемого СИ

,

где равно ;

,

,

.

Определяем значения показателя качества поверки: предел допускаемых значений наибольшей вероятности признания годным негодного СИ го типа (вероятности необнаруженного брака) и предел средней вероятности забракования годного СИ (фиктивного брака) , выбираем по МИ 187-86.

,

,

,

,

,

.



2. Метрологические характеристики СИ и методов поверки

2.1 Описание СИ

ВЭ 01: Установки на базе мерников 10…60 м³/ч, =±0,05%

ВЭ 02: Установки поверочные с ВУ 0,01…1500 м³/ч, S, И - см. вариант.

Вариант 3:

РЭ 11: ТПУ (Трубопоршневые поверочные установки) 3…3972 м3/ч

РЭ 12: Установки поверочные с НЭР (V) 0,01…1500 м3/ч

РЭ 22: Установки поверочные с НЭР (V) 0,01…4500 м3/ч,

РЭ 32: Установки поверочные с НЭР (V) 0,01…1500 м3/ч,

Вариант 2:

РЭ 11: ТПУ (Трубопоршневые поверочные установки) 3…3972 м³/ч

РЭ 12: Установки поверочные с НЭР (V) 0,01…1500 м³/ч

РЭ 21: Установки поверочные с НЭР (V) 0,01…4500 м³/ч

РЭ 22: Установки поверочные с мерниками 3,2…60 м³/ч

РЭ 32: Установки поверочные с НЭР (V) 0,01…4500 м³/ч

Вариант 1:

РЭ1: ТПУ (Трубопоршневые поверочные установки) 3…3972 м³/ч

РЭ21: ТПУ 15…6674 м3/ч

РЭ 22: Установки поверочные с мерниками 3,2…60 м³/ч

РЭ 32: Установки поверочные с НЭР (V) 0,01…4500 м³/ч

Рабочие СИ:

РСИ1: АСН (V) (Комплексы измерительные автоматизированные АСН (V) предназначены для измерений объема жидкости при перекачке, приеме и выдаче ее в автоцистерны и ж/д цистерны), 0,01…50 м³/ч, =±0,15%...0,5%

РСИ2: Топливо- и маслораздаточные колонки 0,3…9,6 м³/ч, =±0,25%...1,0%

РСИ3: Расходомеры и счетчики массовые 0,01…6674 т/ч, =±0,1%...5,0%

2.2 Погрешности методов поверки

Непосредственное сличение - S_m=±0,05%

Сличение с помощью компаратора - S_m=±0,1%

Косвенные измерения - S_m=±0,12%

2.3 Метрологические характеристики первичных эталонов

ВЭ 01 - Установки на базе мерников 10…60 м³/ч, ₀=±0,05%

ВЭ 02 - Установки поверочные с ВУ 0,01…1500 м³/ч, граница неисключенной систематической погрешности , предел допускаемых значений среднего квадратического отклонения (СКО) случайной погрешности S₀ представлены в таблице 8.

Таблица 8. Метрологические характеристики вторичного эталона ВЭ 02

Вариант	0	1	2	3	4	5	6	7	8
Границы неисключенной систематической погрешности 0 10-4	1,6	1,8	1,8	2,0	1,2	1,6	2,2	1,4	2,4
Среднее квадратическое отклонение случайной погрешности S0 10-4.	1,4	1,8	1,2	0,8	1,6	1,0	1,2	1,4	1,0

Число независимых измерений выполняемых вторичным эталоном, n₀, представлено в таблице 9

Таблица 9. Число независимых измерений

Вариант	0	1	2	3	4	5	6	7	8
Количество результатов измерений n0	6	10	15	20	25	6	10	15	20

Предел допускаемой нестабильности =0,01%

Межповерочный интервал, T₀ =1 год.

Средняя производительность вторичных эталонов i-го типа при поверке эталонов (СИ) k-го типа, равная максимальному числу СИ k-го типа, которые реально могут быть поверены в течение года с помощью одного эталона i-го типа, с учетом затрат времени на профилактику, поверку, ремонт и решение других измерительных задач, 40 измерений в год.

2.4 Метрологические характеристики рабочих эталонов

Метрологические характеристики рабочих эталонов представлены в таблице 10, количество измерений - таблице 11.

Таблица 10. Характеристики РЭ

Характеристики	Разряд РЭ
	1	2	3
Среднее квадратичное отклонение случайной погрешности Si	2 10-4	1 10-3	5 10-3
Среднее квадратичное отклонение погрешности метода поверки Sm	См. способ поверки
Производительность поверок/год	200	300	300
Межповерочный интервал, год	1	1	1

Таблица 11. Количество измерений РЭ

Количество n	Вариант
	0	1	2	3	4	5	6	7	8
n1	5	6	10	15	5	10	15	6	10
n2	8	5	8	6	6	5	5	4	7
n3	6	5	4	4	3	6	5	5	4

2.5 Метрологические характеристики рабочих СИ

Метрологические характеристики рабочих СИ, представлены в таблицах 12 и 13.

Таблица 12. Характеристики РСИ

Метрологические характеристики	АСН (V)	Топливо- и маслораздаточные колонки	Расходомеры и счетчики массовые
	РСИ1	РСИ2	РСИ3
Класс точности	± г	по варианту
Пределы измерений	0,01…50 м3/ч	0,3…9,6 м3/ч	0,01…6674 т/ч
Производительность Пi, изм./ч	50	100	120
Количество РСИ , шт.	100	200	200
Среднее значение межповерочного интервала,, год	1	1	1
Число независимых измерений при поверке и применении, ni	5	5	5

Таблица 13. Классы точности рабочих средств измерений для РСИ1, РСИ2 и РСИ3 соответственно

Вариант	0	1	2	3	4	5
Классы точности РСИ	1,0	2,5	0,5	1,0	1,0	0,5	1,0	0,5	1,5	2,0	0,1	0,5	1,0	1,0	0,5	1,0	0,2	2,5
Вариант	6	7	8	9	10	11
Классы точности РСИ	1,0	2,0	0,5	1,0	1,5	0,5	1,0	2,5	0,5	1,0	1,0	0,5	1,0	0,5	1,5	1,0	0,1	0,5

Требования к показателям качества поверки эталонов и рабочих СИ: предел допускаемых значений наибольшей вероятности признания годным негодного СИ s-го типа (вероятности необнаруженного брака) , предел допускаемых значений средней вероятности забракования годного СИ s-го типа (фиктивного брака в среднем) - выбирать по МИ 187-86.



3. Экономические показатели

Цена К_i в руб.:

Установки на базе мерников, В01 - 5 000 000

Установки поверочные с ВУ, В02 - 5 500 000.

ТПУ (Трубопоршневые поверочные установки) - 3 000 000

Установки поверочные с НЭР (V) (=0,05%)- 2 500 000

Установки поверочные с НЭР (V) (=0,1%) - 2 000 000

Установки поверочные с мерниками- 2 000 000

Установки поверочные с НЭР (V) (=0,1%...0,5%) - 1 000 000.

РСИ:

АСН (V)( =±0,15%...0,5%) - 500 000…150 000

Топливо- и маслораздаточные колонки ( =±0,25%...1,0%) - 200 000…80 000 погрешность метрологический доверительный

Расходомеры и счетчики массовые (=±0,1%...5,0%) - 150 000….50 000

4.2. Средние затраты на эксплуатацию СИ i-го типа в течение года в руб. (без учета стоимости его метрологических аттестаций и поверок) = Кi/3

4.3. Средние стоимости поверки C_пi в руб. = Кi/4

4.4. Средние стоимости ремонта (включающего градуировку) C_рi в руб.= Кi/5.

Размещено на Allbest.ru

...