22.3. Технические средства метрологических поверок

Имеются два основных пути реализации поверок, проводимых в целях установления соответствия характеристик поверяемой системы метрологическим нормам. Первый путь — путь а на рис. 22.1 связан с использованием для поверки калибраторов, формирующих образцовые сигналы, подаваемые на вход контро­лируемой ИИС.

Второй путь — путь б на рис. 22.1 предусматривает примене­ние образцовых приборов или преобразователей для измерения сигналов, подаваемых на вход контролируемой ИИС, и сравнения результатов измерения, полученных образцовыми средствами из­мерения и поверяемой ИС.

с -г*

Рис. 22.1.' Структурная схема автоматизирован-

ной испытательной системы с устройством формирова­ния образцовых сигналов (с) или образцовым прибо­ром (б)

'г>

#/

Поверяемая ИС

I '

\&

_Е

СР

(Г

₄₁

#

А

Технические средства метрологической поверки могут быть внешними (автономными) по отношению к поверяемым ИС и встроенными в них.

К внешним поверочным средствам, предназначенным для мет­рологической поверки довольно широкого круга средств измере­ний, относится специализированный ИВК Ml. Он предназначен для программированной поверки и испытаний цифровых вольт­метров и АЦП класса 0,02, цифро-аналоговых преобразователей класса 0,2, аналоговых преобразователей типа I(Ui/Uz), I(i/U), I(R/U) класса 0,25 в ряде выбранных точек канала, а также для измерения U, I и R. В ИВК Ml производятся накопление ре­зультатов поверок и определение типовых характеристик поверя­емых устройств, визуализация полученной информации, обеспечи­вается диалоговый режим работы с оператором. Организация вза­имодействия приборных устройств в этом ИВК осуществляется с помощью приборного интерфейса. Управление ИВК и обработка

информации производятся управляющим вычислительным ком­плексом СМ-4. Метрологической основой комплекса являются ис­точник калиброванных напряжений Ф7046 и универсальный вольтметр Щ68003. Подключение аналоговых сигналов (100 В, 100 мА) выполняется с помощью матричных коммутаторов (8X8), изготовленных на реле с магнитно-управляемыми контактами (термо-ЭДС<10 мкВ).

Программное обеспечение комплекса содержит перфоленточную операционную систему, работающую в диалоговом режиме с ис­пользованием языка БЕЙСИК, и пакет тестовых программ для проверки работоспособности ИВ К. Возможность формирования компенсационного напряжения в широких пределах, получения оценок систематических и случайных погрешностей поверяемых устройств с заданной достоверностью — очевидные достоинства этого ИВ К.

Основные характеристики ИВКМ1:

диапазон калиброванных напряжений от 10^_6 до 10³ В, основ­ная погрешность 0,003—0,005%, время формирования 0,02—0,5 с;

диапазоны измерения напряжений от 10~⁶ до 10³ В, тока от Ю^-10 до 1 А, сопротивления Ю^-1—Ю^-7 Ом, погрешности измере­ния 0,06—0,1%, время измерения 0,04—1 с.

Если поверяемое устройство не имеет встроенной ЭВМ и средств поверки, то может быть организована поверка с помощью внешних ЭВМ и средств поверки. Именно так организована мет­рологическая поверка систем К-732 (см. гл. 10) при их производ­стве. Она проводится с привлечением образцового магазина со­противлений и с обработкой результатов измерений с помощью внешней ЭВМ. Если оценка погрешности каждого экземпляра си­стемы К-732 выполняется в 25 точках, распределенных равномер­но по шкале АЦП, а количество циклов измерения в каждой точ­ке равно 30, то при числе поверяемых каналов, равном 127, про­изводится 9,5-10⁴ измерений. Для получения оценок систематиче­ских погрешностей, средних квадратических отклонений в каж­дой точке шкалы и каждого канала необходимо выполнить более 3-Ю⁵ вычислительных процедур, а это практически невозможно сделать без ЭВМ. Заметим, что наряду с метрологической повер­кой на заводе-изготовителе решаются задачи диагностики функ­циональных блоков, проверки монтажа и т. п.

Поверочные средства в большинстве случаев стационарны, их трудно перемещать к месту эксплуатации, а в некоторых случаях невозможно использовать в условиях работы ИС, да и сами ИС часто не переносят излишних транспортировок. Поэтому для мет­рологической аттестации ИС создаются специализированные об­разцовые установки с использованием ЭВМ и других устройств, входящих в состав ИС, а также встроенные устройства для мет­рологической поверки. Такие поверочные средства также строят­ся с применением образцовых сигналов или средств измерения.

Наличие специализированных и встроенных образцовых средств открывает возможность выполнения метрологической ат-

тестации ИИС на месте эксплуатации, ее периодических поверок, а иногда поверок в процессе эксплуатации, накопления и анали­за метрологической информации и в конечном счете поддержания характеристик ИС на установленном метрологическом уровне.

В выпускаемых промышленностью комплексах ИВК-8 (рис. 22.2) для определения метрологических характеристик изме­рительных каналов используется программно-управляемый образ­цовый источник калиброванных напряжений Ф7046 (основная по­грешность +0,003 и ±0,005%).

Рис, 22.2. Структурная схе­ма ИВК с образцовым ге­нератором калиброванных напряжений Ф7046 и циф­ровыми вольтметрами ФЗО, Щ1516 или Щ31

Определение метрологических характеристик канала вывода напряжений производится с помощью цифровых вольтметров ФЗО (основная погрешность ±0,06%), Щ1516 [погрешность ±0,015+0,05 {U_max/U_x—l) %] или Щ31 [погрешность ±Ю,005+ +'0,001 (U_max/U_x—l)%].

В эксперименте получаются разности А_г=г_г—Z\*, A₂=z₂—2₂*, необходимые для вычисления оценок нормированных составляю­щих инструментальных погрешностей.

На рис. 22.3 показана структура ИС со специализированными образцовыми средствами [22.9]. Измерительная система предна­значена для измерения давлений (от десятков до сотен тысяч Пас­калей) с помощью тензометрических преобразователей давления Цр/е) 1(е/Д#) I{AR/AU).

В ИС используется многоточечное системное аналого-цифровое устройство, объединенное с мини-ЭВМ, содержащей комплект устройств ввода и вывода информации (УВВ). Этот комплекс мо­жет сопрягаться с различными типами тензометрических преобра­зователей.

Периодический контроль АЦП и АЦП с коммутатором обеспе­чивается с помощью автоматического калибратора электрических сигналов (АКЭС), управляемого от СР и генерирующего сигна­лы, соответствующие сигналам от тензометрических мо!стов.

Погрешность АКЭС (в процентах) 6,=±0,06+0,01 (U_max/U_x— — 1), где и_тах — максимальное значение, a U_x — измеряемое на­пряжение.

Кроме того, на вход коммутатора вводятся постоянные конт­рольные сигналы U_ki, U_кг и U_k , соответствующие различным точ­кам шкалы АЦП.

Рис. 22.3. Система для измерения давлений со специализиро­ванным метрологическим оборудованием

Метрологическая аттестация и периодическая поверка датчи­ков давления осуществляются с помощью образцового автомати­ческого задатчика давления (АЗД) класса точности 0,05, с диа­пазоном абсолютного давления от 0 до 2,5-10^s Па и дискретно­стью задаваемых давлений 1 • 10³ Па. Один из каналов каждого пневмокоммутатора подключен к АЗД.

В результате метрологической аттестации получены метроло­гические характеристики датчиков, коммутаторов с АЦП и уста­новлены погрешности ИС в целом для четырех диапазонов вы­ходного напряжения измерительных схем с тензодатчиками. На­пример,. для диапазона 40 мВ погрешность канала ИС, состояще­го из датчика, коммутатора и АЦП, равна 6=±0,5+\0,12Х Х(40/£/*-1) %.

В [22.9] подчеркивается, что без ЭВМ определение метроло­гических характеристик было бы практически невозможно, так как обработка только одного протокола, содержащего 20—30 экс­периментальных точек, по способу наименьших квадратов зани­мает без применения программируемых ЭВМ несколько часов. При использовании ЭВМ это время удается сократить до несколь­ких минут, одновременно уменьшив возможные ошибки опера­тора.

Программы обработки метрологической информации предус­матривают нахождение аппроксимирующего многочлена, выявле­ние грубых погрешностей, построение гистограмм случайных от­клонений результатов измерения.

Известен ряд измерительных систем (фирм Fluke — США, So-lartron — Великобритания и др.) с самокалибровкой, проводи­мой одновременно с измерениями, и соответствующей коррекци­ей результатов-измерений [22.10].