Разработка методики аттестации СИ температуры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Научной основой систем автоматического контроля являются метрология и физические принципы измерений параметров технологических процессов, а технической базой этих систем служат средства измерений и преобразований соответствующих параметров. Измерения осуществляются с помощью специальных технических средств, различных по сложности и принципам действия. Указанные технические средства называют измерительными устройствами, установками или системами.

Совокупность технических средств, служащих для выполнения измерений, методов и приемов проведения измерений и интерпретации их результатов, принято определять понятием измерительная техника.

В нашей стране ежедневно проводится огромное количество измерений. Выполнением измерений и связанных с ними операций контроля занимаются многие трудящиеся. В настоящее время без измерений не может обойтись практически ни одна область деятельности человека.

Основной потребитель измерительной техники -- промышленность. Здесь измерительная техника является неотъемлемой частью технологических процессов, так как используется для получения информации о многочисленных режимных параметрах, определяющих ход процессов. На использовании разнообразных и часто сложных измерительных устройств и установок базируется в промышленности контроль качества продукции и сырья.

Область измерительной техники, объединяющую измерительные устройства и методы измерений, используемые в технологических процессах, принято определять понятием технологические измерения.

Набор измеряемых параметров, включаемых в технологические измерения, весьма различен для различных отраслей промышленности и во многом зависит от специфики технологических процессов.

Измерения температуры принято называть теплотехническими измерениями.

Измерительное преобразование представляет собой отражение размера одной физической величины размером другой физической величины, функционально с ней связанной. Применение измерительных преобразований является единственным методом практического построения любых измерительных устройств.

Целью курсовой работы является разработка методики аттестации СИ температуры. В качестве СИ будет использован термометр сопротивления ТСП-0879 с диапазоном измеряемых температур 0ч150? и максимально допустимой погрешностью 0,5єС.



1. Метрологические характеристики СИ

Оценка пригодности средств измерений для решения тех или иных измерительных задач проводится путем рассмотрения их метрологических характеристик.

Метрологическая характеристика - характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и его погрешность. Метрологические характеристики позволяют судить об их пригодности для измерений в известном диапазоне с известной точностью. Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативными документами на средства измерений, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально - действительными [1].

Сведения о метрологических характеристиках приводятся в технической документации на средства измерений или указываются на них самих. метрологический температура аттестация

Для каждого типа СИ устанавливаются свои метрологические характеристики. Ниже рассматриваются наиболее распространенные на практике метрологические характеристики.

C помощью нормируемых метрологических характеристик решаются следующие основные задачи:

предварительный расчет с их помощью погрешностей результатов технических измерений (до проведения измерений);

выбор средств измерений по заданным характеристикам их погрешностей.

Нормирование характеристик СИ проводится в соответствии с положениями стандартов [2]. Соответствие средств измерений установленным для них нормам делает эти средства взаимозаменяемыми.

Диапазон измерений СИ - область значений величины, в пределах которой нормированы его допускаемые пределы погрешности. Для мер это их номинальное значение, для преобразователей -- диапазон преобразования. Различают нижний и верхний пределы измерений, которые выражаются значениями величины, ограничивающими диапазон измерений снизу и сверху.

Погрешность СИ -- разность между показанием средства измерений - Хп и истинным (действительным) значением измеряемой величины - Хд

Существует распространенная классификация погрешностей средств измерений. Ниже приводятся примеры их наиболее часто используемых видов.

Абсолютная погрешность СИ - погрешность средства измерений, выраженная в единицах измеряемой величины:

?Х = Хп - Хд (1.1)

Абсолютная погрешность удобна для практического применения, т.к. дает значение погрешности в единицах измеряемой величины. Но при ее использовании трудно сравнивать по точности приборы с разными диапазонами измерений. Эта проблема снимается при использовании относительных погрешностей.

Если абсолютная погрешность не изменяется во всем диапазоне измерения, то она называется аддитивной, если она изменяется пропорционально измеряемой величине (увеличивается с ее увеличением), то она называется мультипликативной.

Относительная погрешность СИ - погрешность средства измерений, выраженная отношением абсолютной погрешности СИ к результату измерений или к действительному значению измеренной величины:

д = ?Х / Хд (1.2)

Относительная погрешность дает наилучшее из всех видов погрешностей представление об уровне точности измерений, который может быть достигнут при использовании данного средства измерений. Однако она обычно существенно изменяется вдоль шкалы прибора, например, увеличивается с уменьшением значения измеряемой величины. В связи с этим часто используют приведенную погрешность.

Приведенная погрешность СИ - относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины ХN, которое называют нормирующим:

г = ?Х / ХN (1.3)

Относительные и приведенные погрешности обычно выражают либо в процентах, либо в относительных единицах (долях единицы).

Для показывающих приборов нормирующее значение устанавливается в зависимости от особенностей и характера шкалы. Приведенные погрешности позволяют сравнивать по точности средства измерений, имеющие разные пределы измерений, если абсолютные погрешности каждого из них не зависят от значения измеряемой величины.

По условиям проведения измерений погрешности средств измерений подразделяются на основные и дополнительные .

Основная погрешность СИ - погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях, т.е. в условиях, которые определены в НТД не него как нормальные. Нормальные значения влияющих величин указываются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида в форме номиналов с нормированными отклонениями. Наиболее типичными нормальными условиями являются:

температура (20 ± 5)єС;

относительная влажность (65±15) %;

атмосферное давление (100 ± 4) кПа или (750 ± 30) мм рт. ст.;

напряжение питания электрической сети 220 В ± 2% с частотой 50 Гц.

Иногда вместо номинальных значений влияющих величин указывается нормальная область их значений. Например, влажность (30ч80)%.

Дополнительная погрешность СИ - составляющая погрешности СИ, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения. Деление погрешностей на основные и дополнительные обусловлено тем, что свойства средств измерений зависят от внешних условий.

Погрешности по своему происхождению разделяются на систематические и случайные [3].

Систематическая погрешность СИ - составляющая погрешности средства измерений, принимаемая за постоянную или закономерно изменяющуюся. Систематические погрешности являются в общем случае функциями измеряемой величины и влияющих величин (температуры, влажности, давления, напряжения питания и т.п.).

Случайная погрешность СИ - составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся случайным образом. Случайные погрешности средств измерений обусловлены случайными изменениями параметров составляющих эти СИ элементов и случайными погрешностями отсчета показаний приборов.

При конструировании прибора его случайную погрешность стараются сделать незначительной в сравнении с другими погрешностями. У хорошо сконструированного и выполненного прибора случайная погрешность незначительна. Однако при увеличении чувствительности средств измерений обычно наблюдается увеличение случайной погрешности. Тогда при повторных измерениях одной и той же величины в одних и тех же условиях результаты будут различными. В таком случае приходится прибегать многократным измерениям и к статистической обработке получаемых результатов. Как правило, случайную погрешность приборов снижается до такого уровня, что проводить многократные измерений нет необходимости.

Нормирование погрешностей изложено в Рекомендации 34 МОЗМ «Классы точности средств измерений» и в ГОСТ 8.401-80 «Классы точности средств измерений. Общие требования ».

Стабильность СИ -- качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических характеристик.

Градуировочная характеристика СИ - зависимость между значениями величин на входе и выходе средства измерений, полученная экспериментально. Может быть выражена в виде формулы, графика или таблицы.

2. Измерение температуры. Термопреобразователи сопротивлений: принцип действия, конструкция, основные технические и метрологические характеристики. Требования к установке

Температурой называется степень нагретости вещества [4]. Это представление о температуре основывается па явлении теплообмена между двумя телами, находящимися в тепловом контакте. Тело, более нагретое, отдающее тепло, имеет и более высокую температуру, чем тело, воспринимающее это тепло. При отсутствии передачи тепла от одного тела к другому, т. е. в состоянии их теплового равновесия, температуры тел равны.

Процесс перехода тепловой энергии от одного тела к другому указывает на зависимость температуры тел от количества их внутренней энергии, носителями которой являются молекулы вещества. Согласно молекулярно-кинематической теории сообщаемая телу тепловая энергия, вызывающая повышение его температуры, преобразуется в энергию движения молекул.

Измерить температуру какого-либо тела непосредственно, т. е. так, как измеряют другие физические величины, например длину, вес, объем или время, не представляется возможным, ибо в природе не существует эталона или образца единицы этой величины. Следовательно, температура не может быть выражена в абсолютных единицах измерения. Определение температуры вещества производят посредством наблюдения за изменением физических свойств другого, так называемого термометрического вещества, которое, будучи приведено в соприкосновение с нагретым телом, вступает с ним через некоторое время в тепловое равновесие. Такой метод измерения дает не абсолютное значение температуры нагретой среды, а лишь разность температур относительно исходной температуры термометрического вещества, условно принятой за нуль.

Вследствие изменения при нагреве внутренней энергии вещества практически все физические свойства тел в большей или меньшей степени зависят от температуры, но для ее измерения выбираются по возможности те из них, которые однозначно меняются с изменением температуры, не подвержены влиянию других факторов и сравнительно легко поддаются точному измерению. Этим требованиям наиболее полно соответствуют такие свойства веществ, как объемное расширение, изменение давления в замкнутом объеме, изменение электрического сопротивления, возникновение термоэлектродвижущей силы (термо-э.д.с.) и интенсивность излучения, положенные в основу устройства приборов для измерения температуры.

Исходным эталоном температуры является комплекс изготовленных в разных странах мира газовых термометров, по показаниям которых определяются численные значения реперных точек по отношению к точке кипения химически чистой воды при давлении 101325 Па, температура которой принята равной 100,00°С(373,15 К точно). Для практического воспроизведения и хранения МПТШ международным соглашением установлены единые числовые значения реперных точек, которые с развитием техники время от времени уточняются и корректируются. Последняя корректировка была произведена в 1990 г. Согласно МТШ--90 установлены следующие реперные точки:



Основные реперные точки МТШ-90

Реперная точка	T90/K	t90/°C
e-H2	Тройная точка	13.8033	-259.3467
e-H2	Давление паров	?17	? -256.15
e-H2	Давление паров	?20.3	? -252.85
Ne	Тройная точка	24.5561	-248.5939
O2	Тройная точка	54.3584	-218.7916
Ar	Тройная точка	83.8058	-189.3442
Hg	Тройная точка	234.3156	-38.8344
H2O	Тройная точка	273.16	0.01
Ga	Точка плавления	302.9146	29.7646
In	Точка затвердевания	429.7485	156.5985
Sn	Точка затвердевания	505.078	231.928
Zn	Точка затвердевания	692.677	419.527
Al	Точка затвердевания	933.473	660.323
Ag	Точка затвердевания	1234.93	961.78
Au	Точка затвердевания	1337.33	1064.18
Сu	Точка затвердевания	1357.77	1084.62

Измерение температуры при помощи электрических термометров сопротивления, широко применяемых для практических целей, основано на изменении электрического сопротивления металлических проводников в зависимости от температуры[5]. Металлы, как известно, увеличивают при нагреве свое сопротивление. Следовательно, располагая зависимостью сопротивления проводника от температуры и определяя это сопротивление при помощи электроизмерительного прибора, можно судить о величине температуры проводника.

Термометр сопротивления, выполняемый из тонкой металлической проволоки (обмотки), нанесенной на каркас из электроизоляционного материала (слюды, кварца, пластмассы) и помещенной в металлический защитный чехол с головкой для подключения соединительных проводов, является первичным прибором измерительного устройства, питаемого от постороннего источника тока. В качестве вторичных приборов, работающих с термометрами сопротивления, применяются уравновешенные измерительные мосты, неуравновешенные измерительные мосты и логометры[4].

Верхний предел измерения термометров сопротивления, обусловленный стойкостью термометра при его нагреве, равен 500єС.

Достоинствами термометров сопротивления являются: высокая точность измерения, возможность получения приборов с безнулевой шкалой на любой узкий диапазон температур, легкость осуществления автоматической записи и дистанционной передачи показаний и возможность присоединения к одному вторичному прибору при помощи переключателя нескольких термометров сопротивления. Недостатком является потребность в постороннем источнике электрического питания.

Измерение температуры термометрами сопротивления основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении их температуры. Таким образом, омическое сопротивление проводника или полупроводника представляет некоторую функцию его температуры R=f(t). Вид этой функции зависит от природы материала.

К материалам, применяемым для изготовления обмотки термометров сопротивления, предъявляются следующие требования:

1) Устойчивость физических и химических свойств при нагревании, в частности постоянство зависимости сопротивления от температуры, и устойчивость проводника против коррозии;

2) Высокий и, по возможности, постоянный температурный коэффициент электрического сопротивления, что способствует повышению чувствительности прибора и обеспечивает линейную зависимость изменения сопротивления проводника от температуры;

3) Большое удельное сопротивления проводника, приводящее к уменьшению габаритных размеров термометра;

4) Воспроизводимость степени чистоты металла при отдельных его плавках, обеспечивающая взаимозаменяемость изготовляемых термометров.

Из числа чистых металлов наиболее пригодными для изготовления термометров сопротивления являются платина (Pt), медь (Cu), никель (Ni), и железо (Fe).

Никель и железо, несмотря на высокий температурный коэффициент, не нашли широкого применения при изготовлении термометров сопротивления ввиду трудности получения необходимой чистоты этих металлов, недостаточного постоянства температурного коэффициента и слабой сопротивляемости, в особенности железа, окисле

Наилучшим материалом для термометров сопротивления служит платина, которая обладает большой химической инертностью в окислительной среде и может быть легко получена в чистом виде. Кроме того платина имеет достаточно большой температурный коэффициент электрического сопротивления

[3,94*10-3(єC)-1] и высокое удельное сопротивление (0,099 ом*мм2/м).Верхний температурный предел применения платиновых термометров сопротивления вследствие условий механической прочности обмотки не превышает 500єC.

Применяются технические, образцовые и эталонные платиновые термометры сопротивления. Эталонные термометры сопротивления служат для воспроизведения международной температурной шкалы в интервале температур 0ч630єC.

Медь также обладает рядом положительных свойств, позволяющих использовать ее для изготовления технических термометров сопротивления. К достоинствам меди относится ее дешевизна, легкость получения в чистом виде и сравнительно высокий температурный коэффициент электрического сопротивления [4,25*10-3(єC)-1].Недостатками ее являются небольшое удельное сопротивление ( 0,017 ом*мм2/м) и легкая окисляемость при высоких температурах.

Устройство платинового термометра сопротивления приведено на рис.1. На каркас из слюдяной пластинки 1 с размерами 100Ч10Ч0,3 мм, имеющий по бокам зубчатую насечку, бифилярно намотана платиновая проволока 2 диаметром около 2м. К концам платиновой обмотки припаяны два вывода 3 из серебряной проволоки диаметром 1мм, присоединенных к зажимам в головке термометра. Слюдяная пластинка с обмоткой изолирована с двух сторон более широкими слюдяными накладками 4 и связана с ними в общий пакет серебряной лентой 5. Образованный таким образом чувствительный элемент термометра вставлен в плоский алюминиевый вкладыш 6 и вместе с ним помещен в трубчатую оболочку 7 из алюминия. Серебряные выводы изолированы фарфоровыми бусами 8. Оболочка с чувствительным элементом помещена в стальной защитный чехол 9 наружным диаметром 21мм с приваренным к нему штуцером 10, предназначенным для установки термометра на трубопроводах и резервуарах, находящихся под давлением до 4 МПа.

Рис.1. Платиновый термометр сопротивления типа ТСП: а--чувствительный элемент; б--внутренняя защитная арматура; е--внешняя защитная арматура; 1--слюдяная пластинка с насечкой; 2-- платиновая проволока; 3--серебряные выводы; 4 -- слюдяные накладки; 5 -- серебряная лента; 6--алюминиевый вкладыш; 7 -- внутренний чехол; 8 -- фарфоровые бусы; 9 -- защитный чехол; 10--неподвижный штуцер: 11 -- головка.

В верхней части защитного чехла, изготовляемого из Ст.20 или 1Х18Н9Т, закреплена алюминиевая головка термометра 11, внутри которой помещен бакелитовый вкладыш с двумя зажимами для присоединения внешних соединительных проводов. Рабочая длина l термометра типа ТСП изменяется в пределах 150ч1300мм, а общая длина L - в пределах 350ч1500мм.

На точность показаний термометра сопротивления значительное влияние оказывает способ его установки[4]. Особенно большое значение имеет правильный монтаж термометра сопротивления.

Одним из основных требований, предъявляемых к установке термометра сопротивления, является уменьшение до минимума утечки тепла по ее арматуре. С этой целью термометр сопротивления возможно глубже погружается в измеряемую среду, что приводит к возрастанию его тепловоспринимающей поверхности, и располагается в местах с большой скоростью движения потока, влияющей на увеличение коэффициента теплопередачи.

При установке термометра сопротивления в трубопроводах рабочий конец его должен располагаться в середине потока, а в случае небольших диаметров трубопроводов -- наклонно, навстречу потоку. При измерении температур выше 700ч800°С наиболее правильным является вертикальное расположение, термометра сопротивления заметно уменьшающее деформацию его защитного чехла под действием высоких температур. В местах крепления термометра сопротивления к ограждающим стенкам недопустимы присосы холодного воздуха или прорывы нагретых газов наружу, что может привести к неправильным показаниям и повреждению защитного чехла и головки термометра сопротивления.

На рис.2 показаны способы крепления термометра сопротивления в кирпичной кладке обмуровки котла (рис.2,а), металлической стенке (рис.2,6) и стенке трубопровода, находящегося под давлением (рис.2,в), В первых двух случаях глубина погружения термометра сопротивления устанавливается при помощи стопорного винта.

При измерении температуры газового потока могут появиться ошибки, происходящие вследствие лучистого теплообмена между термометром сопротивления и менее нагретыми поверхностями (стенками и сводами топки и газоходов котла, поверхностями нагрева котла и т. п.), находящимися в пространстве, в котором производится измерение температуры. Тепловые потери термометра сопротивления, вызываемые лучеиспусканием, зависят от разности температур между его защитным чехлом и окружающими поверхностями. Чем больше эта разность, тем более интенсивен лучистый теплообмен.

Для уменьшения погрешности от лучеиспускания усиливают тепловую, изоляцию ограждающих стенок с целью максимального уменьшения разности температур между ними и газом. Расположение термометра сопротивления в местах со значительной скоростью движения газа, способствующее улучшению теплообмена между ним и термометром сопротивления, также уменьшает потери на лучистый теплообмен. Иногда применяется установка термометров сопротивления с экранами, защищающими их от прямого лучистого теплообмена со стенками.

При измерении температуры поверхностными термометрами сопротивления добиваются плотного прилегания рабочего конца к поверхности тела, причем для уменьшения отвода тепла от термометра сопротивления в окружающую среду участок длиной 100ч150 мм, прилегающий непосредственно к рабочему концу, располагают по возможности в зоне измеряемой температуры.



Рис. 2. Способы крепления термометров сопротивления.

а -- в кирпичной кладке: 1-- термометр сопротивления; 2 -- установочный фланец; 3 -- стопорный винт; 4--патрубок с ребрами.

б -- в металлической стенке: 1-- термометр сопротивления; 2 -- установочный фланец; 3 -- стопорный винт; 4-- патрубок.

в -- в трубопроводе: 1 -- термометр сопротивления с неподвижным штуцером; 2--втулка с резьбой.

3. Поверочная схема средств измерений температуры

Поверочные схемы устанавливают порядок передачи размера единиц физических величин от национальных (исходных) эталонов Республики Беларусь к рабочим средствам измерений, тип которых утвержден в Республике Беларусь[6].

Поверочные схемы должны содержать не менее двух ступеней передачи размера единицы физической величины.

В зависимости от области распространения поверочные схемы подразделяются на государственные и локальные поверочные схемы[7].

Государственные поверочные схемы распространяются на все средства измерений данной физической величины, эксплуатируемой в стране. Во главе государственной поверочной схемы находится национальный эталон единицы физической величины, для которого разрабатывается государственная поверочная схема.

Локальные поверочные схемы распространяются на средства измерений, подлежащие поверке в аккредитованных поверочных лабораториях организации, предприятия. Во главе локальной поверочной схемы находится исходный эталон организации, предприятия.

Локальные поверочные схемы не должны противоречить государственным поверочным схемам и разрабатываться в развитие государственных поверочных схем.

Локальные поверочные схемы разрабатываются с целью обеспечения поверкой конкретной группы (типов) средств измерений, подлежащих поверке в данном органе государственной метрологической службе организации, аккредитованной поверочной лаборатории.

Локальные поверочные схемы разрабатывают подразделения государственной метрологической службы, проводящей поверку данной группы средств измерений, метрологические службы организаций, аккредитованные поверочные лаборатории.

Локальные поверочные схемы разрабатывают в виде чертежа, при необходимости чертеж дополняют текстовой частью. Локальные поверочные схемы допускается оформлять в виде стандартов организаций.

Требования к чертежу поверочной схемы.

Чертеж поверочной схемы должен состоять из полей, расположенных друг под другом в порядке их метрологической соподчиненности и разделенных штриховыми линиями. Число полей зависит от структуры поверочной схемы и должно быть не менее двух[7].

На чертеже поверочной схемы должны быть указаны:

- наименования всех СИ, используемых в поверочной схеме;

- номинальные значения или диапазоны значений физических величин;

- допускаемые погрешности СИ, используемых в поверочной схеме;

- наименования методов поверки;

- допускаемые погрешности методов поверки.

В локальных поверочных схемах допускается указывать обозначения конкретных средств измерений.

Поля поверочной схемы должны иметь следующие наименования: «ЭТАЛОНЫ», «РАБОЧИЕ ЭТАЛОНЫ», «РАБОЧИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ».

Наименования полей указывают в левой части чертежа, отделенной вертикальной сплошной линией. Допускается как вертикальное, так и горизонтальное расположение текста наименования полей.

В каждом из полей «ЭТАЛОНЫ», «РАБОЧИЕ ЭТАЛОНЫ», «РАБОЧИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ» в зависимости от структуры поверочной схемы могут выделяться отдельные поля эталонов, указываемые в порядке их метрологической соподчиненности.

В поле чертежа поверочной схемы «ЭТАЛОНЫ» могут быть указаны следующие виды эталонов: «НАЦИОНАЛЬНЫЕ ЭТАЛОНЫ», «ИСХОДНЫЕ ЭТАЛОНЫ», «ЭТАЛОНЫ, ЗАИМСТВЕННЫЕ ИЗ ДРУГИХ ПОВЕРОЧНЫХ СХЕМ». Наименование эталона, находящегося во главе поверочной схемы, заключают в прямоугольник, образованный двойной линией.

Под наименованиями эталонов указывают номинальные значения или диапазоны значений физических величин и значения их погрешностей. Под наименованием эталонов, заимствованных из других поверочных схем указывается ссылка на соответствующие поверочные схемы.

В поле чертежа поверочной схемы «РАБОЧИЕ ЭТАЛОНЫ» указывают рабочие эталоны данной поверочной схемы. Если в поверочной схеме участвуют рабочие эталоны нескольких разрядов, то для каждого разряда выделяется отдельное поле с указанием «РАБОЧИЕ ЭТАЛОНЫ N-го РАЗРЯДА». Наименование рабочих эталонов заключают в прямоугольники, образованные одинарной линией.

Под наименованиями рабочих эталонов указывают диапазоны измерений физических величин и значения их погрешностей.

В поле чертежа поверочной схемы «РАБОЧИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ» указывают все средства измерений, участвующие в поверочной схеме. Рабочие средства измерений располагают слева направо в порядке возрастания погрешностей по группам, поверяемым по эталонным средствам измерений одного наименования. Для каждой группы указывают вид, диапазон измерений и значения погрешностей СИ. Наименования рабочих эталонов заключают в прямоугольники, образованные одинарной линией.

Формат чертежа поверочной схемы должен соответствовать требованиям ГОСТ 2.301.

Передачу размеров единиц сверху вниз от эталонов к рабочим средствам измерений в поверочной схеме изображают сплошными линиями, соединяющими поверяемые средства измерений с соответствующими средствами измерений, от которых передается размер единицы, причем в

разрыв этих линий помещают овалы с указанием основных методов поверки. Овалы, находящиеся ниже поля эталонов, располагают в разрывах штриховых линий, разделяющих соответствующие поля схемы.

Порядок передачи размера единицы температуры Кельвина (Цельсия) от первичного эталона единицы температуры при помощи вторичных эталонов и образцовых средств измерений рабочим средствам измерений с указанием погрешностей и основных методов поверки устанавливает стандарт ГОСТ 8.558-93.

В поверочной схеме фигурируют следующие эталоны:

Государственный первичный эталон. Государственный первичный эталон ГПЭ-ЙЙ применяют для передачи размера единицы температуры в диапазоне 0ч2500 °С эталону-копии и рабочим эталонам непосредственным сличением. Как видно из схемы передача единицы температуры от государственного первичного эталона эталону-копии осуществляется с помощью непосредственного сличения.

При передаче единицы измерения температуры от государственного первичного эталона среднее квадратическое отклонение суммарной погрешности сличений эталона-копии с государственным первичным эталоном (ГПЭ-ЙЙ) в указанном диапазоне не должно быть более 2,5?10-4 ?С при О ?С и 0,5 °С при 1769 ?С при 5 независимых измерениях.

Вторичные эталоны. В качестве эталона-копии применяют аппаратуру для воспроизведения реперных точек температурной шкалы в диапазоне 0ч1769 °С и платиновые термометры сопротивления в диапазоне 0ч1084,62 °С. Эталон-копию применяют для передачи размера единицы температуры рабочим эталонам методом прямых измерений или градуировки.

Градуировка средств измерений - определение градуировочной характеристики средства измерений.

Градуировочная характеристика средств измерений - зависимость между значениями величин на входе и выходе средства измерений, полученная экспериментально.

В качестве рабочих эталонов применяют платиновые термометры сопротивления, термоэлектрические термометры и аппаратуру для воспроизведения реперных точек температуры.

Рабочие эталоны применяют для поверки образцовых средств измерений 1-го разряда методом прямых измерений, высокоточных рабочих средств измерений -- непосредственным сличением и градуировкой в реперных к постоянных точках температуры образцовых средств измерений 1-го и 2-го разрядов.

Для рабочих эталонов среднее квадратическое отклонение суммарной погрешности сличений образцовым средствам измерений составляет: термоэлектрических термометров и реперных точек не более 0,01 ?С при 0 ?С и 1 ?С - при 1800 ?С.

Образцовые средства измерений. В качестве образцовых средств измерений 1-го разряда применяют: аппаратуру для воспроизведения реперных постоянных точек температурной шкалы в диапазоне 0ч1085 °С; платиновые термометры сопротивления в: диапазоне 0ч1085 °С; термоэлектрические термометры в диапазоне 300ч1800 °С и монохроматические пирометры в диапазоне 800ч2500 °С. Образцовые средства измерений 1-го разряда применяют для поверки образцовых средств измерений 2-го разряда и точных рабочих средств измерений непосредственным сличением в термостатах, а также градуировкой в реперных точках образцовых средств измерений 2-го и 3-го разрядов и точных рабочих средств измерений.

В качестве образцовых средств измерений 2-го разряда применяют платиновые термометры сопротивления, жидкостные стеклянные термометры для измерения разности температур, термоэлектрические термометры, термометры кварцевые, квадрупольно-ядерные и другие, соответствующие по своим метрологическим характеристикам требованиям, предъявляемым к образцовым средствам измерений 2-го разряда. Образцовые средства измерений 2-го разряда применяют для поверки образцовых средств измерений 3-го разряда и рабочих средств измерений непосредственным сличением в термостате.

К образцовым средствам измерений 3-го относятся платиновые термометры сопротивления, стеклянные, кварцевые, квадрупольно-ядерные, термоэлектрические термометры и др. Образцовые средства измерений 3-го разряда применяют для поверки рабочих средств измерений методом непосредственного сличения в термостате.

Рабочие средства измерений. В качестве рабочих средств измерений применяют термометры для измерений разности температур, температур поверхностей, а также различные типы термометров и термопреобразователей, используемых для статических измерений температуры методом погружения.

Ввиду того, что платиновые термоэлектрические преобразователи могут являться образцовыми средствами измерений, выбрана представленная на плакате схема поверки платиновых термоэлектрических преобразователей.

В Республике Беларусь создан в 1995г. и эксплуатируется национальный поверочный эталон единицы температуры Кельвина.

Национальный эталон единицы величины -- эталон, признанный решением Государственного органа и служащий основой для установления значений всех других эталонов единицы данной величины.

Назначение национального поверочного эталона состоит в хранении, воспроизведении и передаче единицы температуры - кельвина средствам измерений первого и второго разрядов, прецизионным СИ, используемым в системе Госстандарта РБ и отраслях народного хозяйства.

Состав эталона:

ампулы тройной точки воды -- 0,01 °С, точки плавления галлия -- 29,7646 °С, точки затвердевания индия -- 156,5985 °С, олова -- 231,928 °С, цинка -- 419,527 °С, алюминия -- 660,323 °С;

термостат низкотемпературный «Криостат ТТВ» -- для поддержания ампулы тройной точки воды;

устройство термостатирующее «Цинк-5» -- для поддержания ампулы точки затвердевания цинка;

устройство термостатирующее -- тепловая труба для поддержания реперной точки точка затвердевания олова (Sn);

устройство термостатирующее «Термостат А3» -- для поддержания ампулы точки плавления галлия;

устройство термостатирующее «Термостат А3» -- для поддержания ампулы точки затвердевания индия;

комплект эталонных мер электрического сопротивления;

мост термометрический F18;

группа платиновых термометров сопротивления - рабочие эталоны.

При помощи эталона осуществляется поверка и калибровка платиновых термометров сопротивления в диапазоне от 0,01 до 660, 323 °С со значением расширенной неопределенности измерения от 0,45 до 18, 0 мК.

Калибровка средств измерений - совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения действительных метрологических характеристик этого средства измерений.

Основные метрологические характеристики национального эталона Республики Беларусь:

диапазон температур -- от 0,01 до 660,323 °С;

случайная погрешность в реперных точках:

тройной точки воды - 2 Ч 10-4 °С;

точки плавления галлия - 2 Ч 10-4 °С;

точки затвердевания индия - 5 Ч 10-4 °С;

точки затвердевания олова - 8 Ч 10-4 °С;

точки затвердевания цинка - 1 Ч 10-3 °С;

точки затвердевания алюминия - 1 Ч 10-2 °С.

Среднее квадратическое отклонение суммарной погрешности сличений рабочих эталонов: аппаратуры для воспроизведения реперных точек температуры в диапазоне температур 0ч660,323 °С с эталоном-копией

при трех независимых измерениях, должно быть не более 2?10-4

°С при 0,01 ?С и 1 - 10-2 ?С -- при 660,323 °С.

Таким образом на поверочной схеме в качестве образцового средства измерений 1-го разряда используется термометры сопротивления платиновые эталонные 1-го разряда с диапазонам температур 0ч1085°С.

Доверительная погрешность образцовых средств измерений 1-го разряда при доверительной вероятности 0,95 должна быть не более 0,002°С при 0°С и 0,2°С при 1085°С.

Доверительная погрешность - доверительные границы погрешности. Наибольшее и наименьшее значения погрешности измерений, ограничивающие интервал, внутри которого с заданной вероятностью находится искомое значение погрешности результата измерений.

Передача единицы измерения температуры ниже по схеме поверки от образцовых средств измерений 1-го разряда к образцовым средствам измерений 2-го разряда осуществляется методом непосредственного сличения. В качестве образцовых средств 2-го разряда возможно использование образцовых платиновых термоэлектрических преобразователей. Доверительные погрешности образцовых средств измерений 2-го разряда при доверительной вероятности 0,95 должны быть не более 0,01°С при 0°С, и 0,6°С при 1085 °С.

В качестве образцовых средств измерений 3-го разряда также могут быть использованы образцовые платиновые термоэлектрических преобразователи 3-го разряда.

Доверительные погрешности образцовых средств измерений 3-го разряда при доверительной вероятности 0,95 должны быть не более 0,02°С при 0°С до 2°С при 1085°С.

Пределы допускаемых абсолютных погрешностей рабочих платиновых термопар должны составлять от 0,05 до 3,0 °С.



Рис.3.Государственная поверочная схема средств измерений температуры для контактных термометров в диапазоне 0ч2500 °С

4. Аттестация средств измерений. Структура и содержание методикиаттестации. Техническое обеспечение аттестации

Метрологическая аттестация средств измерений - это исследование средства измерений, выполняемое метрологическим органом для определения метрологических свойств этого средства измерений, и выдача документа с указанием полученных данных[1].

Программа метрологической аттестации должна предусматривать перечень работ, объемы и методы их проведения, обеспечивающие выполнение задач метрологической аттестации средств измерений[8].

Содержание программы и методики метрологической аттестации:

1.Вводная часть.

Во вводной части устанавливают область применения, содержание методики проведения метрологической аттестации, краткое описание аттестуемого средства измерения и ссылки на НД. В соответствии с которыми разрабатывалась программа метрологической аттестации, заводской номер аттестуемого средства измерения и наименование его владельца.

2.Рассмотрение технической документации.

При рассмотрении технической документации, представленной на метрологическую аттестацию, проводят ее экспертизу, включая:

- проверку наличия в эксплуатационной документации разделов, регламентирующих назначение, технические данные, состав комплекта средства измерения, устройство, подготовку и порядок работы, методику поверки;

- оценку полноты и правильности формулировок и назначения средства измерений, включая четкость определения измеряемой величины, полноту указаний функций, выполняемых средством измерений, назначение устройств, используемых совместно с данным средством измерений;

- оценку полноты и правильности выражения метрологических характеристик средства измерений, включая однозначность выражения характеристик, исключающую возможность различного их толкования; наличие предельных значений и т.п.;

- проверку правильности выражения нормальных условий применения средств измерений.

3. Экспериментальные исследования:

- установление метрологических характеристик, определяемых в процессе аттестации;

- требования к условиям проведения исследований, эталонам(образцовым средствам измерений);

- установление точек, в которых определяют значения метрологических характеристик;

- определение количества наблюдений в каждой исследуемой точке:

- установление исходных данных и условий определения погрешности средства измерений;

- представление погрешности средства измерений;

- подготовка к исследованиям;

- внешний осмотр;

- проверка функциональных возможностей;

- определение погрешности средства измерения;

- опробование методики поверки или калибровки;

- обработка данных наблюдений;

- установление межповерочного интервала;

- оформление результатов аттестации.

4. Предварительные исследования.

При разработке проекта программы метрологической аттестации проводят предварительные исследования, по результатам которых определяют:

- вид градуировочной характеристики;

- закон распределения случайной составляющей погрешности;

- существенность дрейфа систематической составляющей погрешности, вызванной изменением влияющих величин, и возможность его исключения;

- существенность вариации;

- существенность влияния внешних факторов и вида функций влияния;

- число точек диапазона измерений, в которых должны проводиться исследования метрологических характеристик средства измерений;

- число наблюдений в каждой выбранной точке;

- погрешность из-за нестабильности средства измерений, на основании которой устанавливают методику проведения измерений.

5.Приложения.

В программу метрологической аттестации в виде приложений включают:

- примеры расчетов по обработке результатов измерений;

- таблицы расчетных величин, графики зависимости величин и другие расчетные данные;

- термины и их определения;

- техническое описание вспомогательных устройств и приспособлений, применяемых в процессе метрологической аттестации;

- необходимые дополнительные сведения об аттестуемых и образцовых средствах измерений и вспомогательных средствах, используемых в процессе метрологической аттестации;

- специальные указания по технике безопасности;

- форма протокола аттестации;

- другие материалы, способствующие исключению ошибок при метрологической аттестации.

5. Проект методики аттестации

1. Вводная часть

Настоящая методика аттестации распространяется на термометры сопротивления ТСП-0879. Термопреобразователи сопротивления ТСП-0879 предназначены для измерения температуры жидких и газообразных сред.

1.2 Методика аттестации разработана в соответствии с требованиями ГОСТ 8.461-82.

1.3 Рекомендуемый межповерочный интервал - 12 месяцев.

2. Нормативные ссылки

ГОСТ 6651-78 Термопреобразователи сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний.

ГОСТ 8.461-82 Термопреобразователи сопротивления. Методы и средства поверки.

3. Операции и средства аттестации

3.1 При проведении аттестации должны быть выполнены операции и применены средства аттестации, указанные в таблице 1.

Наименование операции	Номер пункта методики аттестации	Средства аттестации и их метрологические и (или) технические характеристики
Внешний осмотр	7.1
Проверка электрического сопротивления изоляции	7.2	Мегаомметр Ф4101. Диапазон измерения 0ч1000 МОм, погрешность ±2,5%
Определение зависимости сопротивления от температуры в трёх точках диапазона измерений	7.3	Секундомер СДСпр-1. Диапазон измерения 0ч30мин,погрешность ±0,4с. Нулевой термостат ТН-3М, погрешность±0,02єС Жидкостный термостат ТР-1М, погрешность±0,2єС Мост одинарный Р333, Погрешность±0,5% Образцовый ТСП 3-го разряда, диапазон измерения 0ч1085°С, погрешность ±0,2°C

4.Требование безопасности

4.1 При подготовке и проведении аттестации термометров сопротивления должны соблюдаться действующие правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок.

5.Условия аттестации

5.1 При проведении аттестации должны быть соблюдены следующие условия:

температура воздуха в помещении, °С 25+10

относительная влажность воздуха не более, % 45 ч 80

атмосферное давление в пределах, кПа 100+1

6.Подготовка к аттестации

6.1 Подготовить средства аттестации в соответствии с их инструкциями по эксплуатации;

6.2 Установку образцового термометра в жидкостный и нулевой термостаты производить на одинаковую глубину погружения с поверяемыми термометрами, обеспечивая минимально возможное расстояние между ними;

6.3 Подготовку жидкостного и нулевого термостатов произвести в соответствии с ГОСТ 8.461-82;

6.4 Собрать измерительную установку в соответствии со схемой;

6.5 Время выдержки образцового и аттестуемого термометров в термостате должно обеспечивать стабильность их установившегося теплового равновесия не менее 30 мин.

7.Проведение аттестации

7.1 Внешний осмотр

При внешнем осмотре должно быть установлено соответствие термометров следующим требованиям:

- защитная арматура и разъем не должны иметь видимых разрушений и загрязнений;

- резьба на накидной гайке не должна иметь механических повреждений;

- маркировка термометров должна быть четкой.

7.2 Проверка электрического сопротивления изоляции

Проверка электрического сопротивления изоляции между чувствительным элементом (контакты 1, 2, 3, 4 разъема) и корпусом термометра должна производиться мегаомметром типа Ф4101с рабочим напряжением не менее 100В.Термометр считается выдержавшим проверку, если сопротивление изоляции составляет не менее 20МОм.

7.3 Определение зависимости сопротивления от температуры в трех точках диапазона измерений

7.3.1 Согласно ГОСТ 8.461-82 для поверки термометров сопротивления, необходим термостат, обеспечивающий 0?С, 100?С и 150єС. Для этих целей используется нулевой термостат ТН-3М и жидкостный термостат ТР-1М. Высокую точность и малый температурный градиент в ТР-1М обеспечивает жидкость ПМС-100, а в ТН-3М - дробленый лед.

7.3.2 Определение сопротивления термопреобразователя при температуре плавления льда, температуре кипения воды и других температурах должно выполняться после установления состояния теплового равновесия между термопреобразователем и термостатирующей средой термостата. Время выдержки термопреобразователя с защитной арматурой должно быть не менее 30 мин., термопреобразователя без защитной арматуры (чувствительных элементов) - не менее 20 мин.

Выводы термопреобразователя подключить к мосту одинарному Р333, предназначенному для измерения на постоянном токе сопротивлений от 0,001 до 999900 Ом. Затем, когда термостат обеспечит необходимую температуру измерения, измерить сопротивление на выводах термопреобразователя.

8.Обработка результатов измерений

8.1 По результатам отсчетов показаний по мосту одинарному Р333 вычисляют отклонение сопротивления аттестуемого термопреобразователя от сопротивления по номинальной статической характеристики градуировки 50П.

ДR=Rизм-Rном (8.1)

где Rизм - сопротивление аттестуемого термопреобразователя;

Rном - номинальное значение сопротивления по ГОСТ 6651-78.

Значения ДR аттестуемых термопреобразователей не должны превышать величин допускаемых отклонений сопротивления, установленных ГОСТ 6651-78.

9. Оформление результатов аттестации

9.1 При аттестации в процессе эксплуатации положительные результаты аттестации оформляются путем нанесения клейма на корпус термометра сопротивления и соответствующей записи в разделе “Отметка о аттестации термометра сопротивления” его паспорта, заверенной поверителем. При отрицательных результатах аттестации клеймо погашается, а в паспорте делается отметка о непригодности термометра.

Протокол аттестации №1

Дата: 12.05.09г.

Наименование СИ: Термометр сопротивления

Тип СИ: ТСП-0879

Заводской номер: 1234567

Допускаемая погрешность: 0,5єСградуировка: 50П

Принадлежит: БГТУ

НД по аттестации: ГОСТ 8.461-82; ГОСТ 6651-78

Эталонные СИ: образцовый ТСП 3-го разряда; мост одинарный Р333

Условия аттестации:

температура окружающей среды 23 єС

относительная влажность воздуха 65%

атмосферное давление 100,5 кПа

Место проведения аттестации: кафедра АППиЭ БГТУ

1. Внешний осмотр: соответствует требованиям методики аттестации

2. Результаты аттестации:

Измеряемое значение аттестуемого СИ	Нормированное значение входной величины, Ом	Показания аттестуемого СИ, Ом	Основная погрешность аттестуемого СИ, Ом	Предел допускаемой погрешности, Ом
		Прямой ход	Обратный ход	Прямой ход	Обратный ход	Вариация
0 єС	50,000	50,060	49,998	0,060	-0,002	0,062	0,096
0 єС	50,000	50,062	49,995	0,062	-0,005	0,067	0,096
0 єС	50,000	50,061	49,999	0,061	-0,001	0,062	0,096
0 єС	50,000	50,063	49,994	0,063	-0,006	0,069	0,096
0 єС	50,000	50,065	49,996	0,065	-0,004	0,069	0,096
100 єС	69,556	69,560	69,513	0,010	-0,043	0,053	0,096
100 єС	69,556	69,573	69,512	0,017	-0,044	0,061	0,096
100 єС	69,556	69,582	69,523	0,026	-0,033	0,059	0,096
100 єС	69,556	69,584	69,534	0,024	-0,022	0,046	0,096
100 єС	69,556	69,567	69,521	0,011	-0,035	0,046	0,096
150 єС	79,110	79,145	79,087	0,035	-0,023	0,058	0,096
150 єС	79,110	79,144	79,091	0,034	-0,019	0,053	0,096
150 єС	79,110	79,135	79,089	0,025	-0.021	0,046	0,096
150 єС	79,110	79,143	79,097	0,033	-0,013	0,046	0,096
150 єС	79,110	79,136	79,085	0,026	-0,025	0,051	0,096

Заключение по результатам аттестации: Термометр сопротивления признан годным к эксплуатации.

Поверитель: Калиновский Ю.В.



Заключение

В данном курсовом проекте разработана методика аттестации термометра сопротивления ТСП-0879.

В ходе работы рассмотрены теоретические основы измерения температуры с помощью термометров сопротивления, а так же принцип их действия, способ установки, конструкция, метрологические характеристики и т. д.

Особое внимание было уделено метрологическим характеристикам средств измерения, погрешностям, классу точности, чувствительности средств измерения к влияющим величинам, диапазону измерений, а так же рассмотрены общие требования к организации и порядку проведения метрологической аттестации средств измерений и т. д.

По условию задания термометр сопротивления должен иметь максимально допустимую погрешность 0,5єС.

Данной максимально допустимой погрешности соответствует сопротивление равное 0.096 Ом.

По результатам расчетов видно, что сопротивление данного термометра сопротивления не выходит за предел допускаемой погрешности, т.е. данный термометр сопротивления соответствует классу точности.

Работа выполнена в необходимом объеме с использованием современных литературных источников.



Список использованных источников

1. ГОСТ 16263-70 “ Государственная система обеспечения единстваизмерений. Термины и определения ”.

2.ГОСТ 8.009-84 “ ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений ”.

3.Н.И.Тюрин. Введение в метрологию. М.1985.

4.Г.А.Мурин. Теплотехнические измерения. Л.1985.

5.ГОСТ 6651-78 “ Термопреобразователи сопротивления. Общие технические условия”.

6.ГОСТ 8.558-93“ Государственная система обеспечения единстваизмерений. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры”.

7.СТБ 8025-2005 “ Система обеспечения единства измерений Республики Беларусь. Поверочные схемы. Построение и содержание”.

8.СТБ 8004-93 “Система обеспечения единства измерений Республики Беларусь. Метрологическая аттестация средств измерения”.

9.ГОСТ 8.461-82 “Государственная система обеспечения единстваизмерений. Государственная поверочная схема для средств измерения температуры”.

Размещено на Allbest.ru

...