Порядок работы

1. Ознакомиться с установкой для калибровки средств измерения температуры.

2. Экспериментальный стенд до начала работы включает преподаватель, прогревает нагреватель и устанавливает в каждый раз для бригады студентов свою систематическую составляющую погрешности для каждого термометра

3. При проведении работы следует снять зависимость показаний эталонного и рабочих термометров от температуры нагревателя, размещенных на нем. Измерения температуру следует проводить через 10⁰ – от 30⁰ до 80⁰ включительно несколько раз (не менее 6) в каждой рабочей точке каждого термометра. Количество измерений в каждой рабочей точке задаёт преподаватель.

4. В ходе работы необходимо построить для пяти термометров калибровочные кривые, использовав для этого эталонный термометр, точность которого на порядок выше, чем у рабочих.

5. Привести результаты измерений в виде таблиц (исходные данные), расчетов и калибровочных графиков.

6. По результатам измерений определить среднее значение температуры, доверительный интервал для P=0,95 в каждой рабочей точке.

Рабочие Формулы: , ,

где - i-е измерение температуры, - средняя температура в рабочей точке, n – число измерений (например, 8), - коэффициент Стьюдента для доверительной вероятности 0,95 и числа измерений n=8 – = 2,37.

В отчете следует представить:

1. Технические данные лабораторного стенда.

2. Градуировочные графики, таблицы измерений, значение коэффициента Стьюдента для указанной преподавателем выборки

3. Выводы по обоснованному выбору термометра для измерений заданной преподавателем температуры.

Отчёт в машинописной или электронной формах защищает каждый студент персонально.

Лабораторная работа №2

АТТЕСТАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: практическое освоение экспериментальных методов определения метрологических характеристик средств измерения давления.

Введение в теорию.

Закон "Об обеспечении единства измерений" требует, чтобы средства измерений (СИ) соответствовали условиям эксплуатации и установленным требованиям, разрабатываемым на основе рекомендаций Федерального агентства по метрологии и техническому регулированию (Ростехрегулирование). Отнесение технического устройства к СИ и установление интервалов между поверками принимает Ростехрегулирование. Измерения должны осуществляться в соответствии с аттестованными в установленном порядке методиками. Порядок разработки и аттестации МВИ устанавливает Ростехрегулирование. Закон определяет Государственную метрологическую службу и иные государственные службы обеспечения единства измерений, метрологические службы государственных органов управления РФ и юридических лиц, их задачи и полномочия. Задает виды, полномочия, зоны ответственности и порядок осуществления государственного метрологического контроля и надзора, осуществляемого Государственной метрологической службой Ростехрегулирование. Поверку СИ осуществляют уполномоченные органы Государственной метрологической службы. В областях, где государственный метрологический надзор и контроль не применяются, используются правила и положения, введенные положением Российской системы калибровки. При этом используется либо эталон, либо эталонный прибор.

При оценке погрешностей технических измерений большое значение имеют метрологические характеристики (МХ) средств измерений (СИ). К МХ СИ относятся, в частности, основная и дополнительная погрешности, а также класс точности.

Класс точности − обобщенная характеристика СИ, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешности, а также других свойств СИ влияющих на точность.

Пределы допускаемых основной и дополнительной погрешностей для каждого из классов точности должны устанавливаться в виде абсолютной, приведенной или относительной погрешности. Он лишь позволяет судить, в каких пределах находится погрешность СИ данного типа, т.к. есть еще метод, условия измерений и т.д.

Классы точности устанавливаются в стандартах или технических условиях. СИ может иметь два и более класса (если несколько диапазонов или несколько измеряемых величин).

Пределы допускаемой абсолютной погрешности устанавливаются по формулам

 = а или  = (а+bx),

где x − значение по шкале, а и b − положительные числа, не зависящие от х.

Первая описывает чисто аддитивную погрешность, а вторая − сумму аддитивной и мультипликативной погрешности. Для обозначения класса точности в этом случае используются прописные латинские буквы или римские цифры. В обозначении меньшая погрешность прибора − ближе к началу алфавита. Например:“Класс точности Ι ”.

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности определяются:

 = (/x_N) ×100% =  p,

x_N − нормирующее значение (обычно максимальное значение шкалы),

р − отвлеченное число, выбираемое из ряда (1;1,5;2;2,5;4;5;6)·10ⁿ;n = 1;0-1;-2.;

x_N − больший из пределов измерений (или модулей) для СИ с равномерной или степенной шкалами и для измерительных преобразователей, если нулевое значение выходного сигнала находится на краю или вне диапазона измерений. Для СИ, шкала которых имеет условный нуль, x_N равно модулю разности пределов измерений.

Обозначают либо конкретным числом на циферблате, щитке или корпусе − , здесь A − число над уголком, либо просто числом A без уголка.

Пределы допускаемой относительной основной погрешности определяются по формуле

(/x) ×100%= .

Обозначается числом в кружке. Например:

0,5

Значение постоянного числа устанавливается также как и значение числа р.

В случае, если абсолютная погрешность задается формулой  = (а+bx), пределы относительной основной погрешности, часто выражаемой в процентах, равны

 =  ,

где c, d- положительные числа, выбираемые из ряда (1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6)·10ⁿ; n = 1;0-1;-2...и т.д.;

- больший (по модулю) из пределов измерений.

Обозначается в виде сd, где- числитель с, знаменатель d.

В данной лабораторной работе используются приборы с приведенной погрешностью.

Деформационные манометры с трубчатой пружиной наиболее распространены. Пределы измерений – 0,1..10000 Атм., погрешность измерений  (0,5..2,5)%, малогабаритные, надежные и недорогие. Очень широко используются в самых разных областях науки и техники. Пружина - это закрепленная на одном конце трубка, обычно эллипс в сечении, изогнутая по окружности. Под действием p = p₁ – p₂ форма сечения трубки изменяется. Свободный конец трубки выгибается наружу витка (p₁  p₂) или сгибается внутрь (p₁  p₂), причем перемещение этого конца (l или ) пропорционально разности p. Оно определяется экспериментально. К недостаткам следует отнести наличие остаточных деформаций при перегрузках пружины.

Погрешность измерения зависит от инструментальных погрешностей измерительных приборов, условий эксплуатации манометров, способов отбора давления и его передачи к прибору. При стабильном измеряемом давлении его значение должно составлять 3/4 диапазона измерения прибора.

В данной лабораторной работе для построения калибровочной кривой используется эталонный манометр класса точности 0,4 также с трубчатой пружиной

Оборудование: экспериментальный стенд, включающий в себя два рабочих и один эталонный манометр, компрессор для нагнетания давления.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Ознакомиться с установкой для аттестации средств измерения давления.

2. Изучить устройство, принцип работы и метрологические характеристики aттестуемого средства измерения давления.

3. Изучить образцовое средство измерения давления.

4. Провести метрологическую аттестацию средств измерения давлeния.

5. Обработать результаты и определить основную погрешность аттестуемого средства и ее соответствие обозначенному на приборе классу точности.

МЕТОДИКА МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ АТТЕСТАЦИИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ.

При метрологической аттестации производится исследование средств измерения с целью определения его метрологических свойств. В процессе метрологической аттестации должна быть определена основная погрешность средства измерения, т.е. экспериментально установлено соответствие основной погрешности обозначенному на приборе классу точности.

Определение основной погрешности манометра производится методом сличения показаний аттестуемого манометра с показаниями образцового манометра.

Аттестация манометра производится в нескольких отметках шкалы, распределенных достаточно равномерно в пределах всей шкалы. Аттестация манометра должна производиться при температуре (23±5)⁰С. При отличии температуры от указанных значений следует вводить температурную поправку, приведенную в паспорте образцового прибора. Температура при этом контролируется термометром.

При аттестации в манометрах создается с помощью насоса давление, соответствующее выбранным отметкам шкалы. Значение давления устанавливаeтся по аттестуемому манометру. Действительное значение давления отсчитывается по образцовому манометру. 1 кгс/см² = 0,098 МПа.

Основная абсолютная погрешность манометра в любой аттестуемой отметке шкалы определяется по формуле:

∆=N_АТТ – N_ОБР,

где N_АТТ, — показание аттестуемого манометра; N_ОБР — показание образцового манометра, определенное с учетом данных свидетельства о его поверке.

При исследовании основной погрешности аттестуемого манометра определяют её систематическую составляющую, случайную составляющую и случайную составляющую, обусловленную гистерезисом (вариацией).

Для определения составляющих основной погрешности измерения проводятся многократные наблюдения в каждой аттестуемой точке диапазона измерений. Для этого давление плавно увеличивают от нуля до максимального значения и производят отсчет показаний, затем прибор выдерживают в течение 5 мин. под давлением, равным верхнему пределу измерений. После этого продолжают аттестацию манометра и отсчитывают показания при тех же значениях давления при плавно понижаемом давлении. Процедуру повторяют n раз.

При выборе образцового манометра следует учитывать, что его предел абсолютной погрешности не должен превышать 1/4 предела допускаемой основной абсолютной погрешности аттестуемого манометра.

При определении составляющих основной погрешности aттeстуемого манометра проводят обработку результатов многократных наблюдений в каждой аттестуемой отметке шкалы.

В результате работы следует:

1) получить калибровочную кривую (не менее чем в пяти точках, например: 0;0,5; 1;1,5;2) рабочего диапазона манометра c учетом доверительной вероятности Р = 0,95 и числе циклов измерений в каждой рабочей точке не менее 5. Начальные данные для каждой бригады студентов устанавливает преподаватель. Цикл измерения включает нагнетание давления в каждой рабочей точке и спуск его;

2) на основе полученных данных установить соответствие рабочего манометра обозначенному классу точности с учетом условий эксплуатации;

3) установить наличие или отсутствие остаточных деформаций в рабочем манометре.

В отчете следует привести:

Рабочие Формулы: , ,

где - i-е измерение давления, - среднее давление в рабочей точке, n – число измерений (6),

- коэффициент Стьюдента для доверительной вероятности 0,95 и числа измерений n=6 — = 2,57.

Расчет класса точности:

• класс точности δ = 2,5;

• максимальное значение шкалы х_тах = 250 кПа.

Погрешность манометра ∆ = х_maх × δ/100% = 2,5*250/100% = 6,25 кПа.

ВЫВОД: в ходе эксперимента был отградуирован рабочий манометр и проверен его класс точности. Погрешность измерений оказалась в пределах погрешности манометра, что означает соответствие (или несоответствие, по Вашим экспериментальным данным) обозначенному на приборе классу точности.

Отчёт в машинописной или электронной формах защищает каждый студент персонально.