Лекции по "Метрологии"

  1)использование законодательно установленной системы единиц;

  2)разработка и применение эталона единиц физических величин;

  3)использование только аттестованных данных о физических константах и физико-химических свойствах материалов и веществ;

  4)государственные испытания при разработке, выпуске и импорте прибора;

  5)периодическая проверка средств измерений, находящихся в обращении;

  6)измерения и проверка приборов строго в соответствии с аттестованными методиками измерений и поверки;

  7)метрологический надзор за состоянием и применением средств измерений. 

  (2). Эталон - средства измерений, обеспечивающий воспроизведение и (или) хранение единицы с целью передачи информации об её размере рабочим средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утверждённое в качестве эталона в установленном порядке.

  Эталоны делят:

  1)по месту воспроизведения единиц: (воспроизводимые централизованно, или децентрализованно);

  2)по назначению: (первичные, вторичные);

  3)по составу: (одиночные, групповые);

  4)по единицам измерений: (эталоны массы, длины, времени);

  5)по принадлежности: (национальные, международные); 

  (3). Цель государственных испытаний: проверка соответствия реальных характеристик средств измерений нормам и современному уровню развития измерительной техники. Государственные испытания бывают:

  1)приёмочные - для средств измерений нового типа или ввозимых из-за границы;

  2)контрольные - проводятся по истечению срока на серийное производство.

  (4). Поверка - совокупность действий для определения точности средств измерений и соответствия их метрологических характеристик регламентированным значениям. Виды поверки:

  1)в зависимости от назначения средств измерения: (государственная, ведомственная);

  2)в зависимости от метода поверки: (комплексная, по элементная);

  3)в зависимости от цели проведения поверки: первичная (при выпуске, после ремонта), периодическая (при эксплуатации), внеочередная (если возникает необходимость немедленного испытания исправности средства измерения), инспекционная (при метрологической ревизии), экспертная (по требованиям органов суда, прокуратуры).

  (4). Методика измерений - совокупность правил, норм и требований к методам, средствам и условиям измерений, процедуре их выполнения и алгоритме вычисления, соблюдение которых гарантирует получение результата измерений с требуемой точностью.

  Аттестацию проводят метрологические организации, Госстандарта и органы ведомственных метрологических служб.

  (5). Метрологический надзор - деятельность, осуществляемая органами государственной метрологической службы или метрологической службой юридического лица в целях проверки соблюдения установленных метрологических правил и норм.

  Метрологические службы - совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерения.

  Субъектами метрологической деятельности является комитет РФ по метрологии и стандартизации (Госстандарт РФ). Государственная метрологическая служба включает в себя государственные метрологические центры, органы государственной метрологической службы на территории республик, автономных областей в составе РФ. Сеть научно исследовательских институтов, промышленных предприятий и центров стандартизации и метрологии, рассредоточенных на территории страны для метрологического обслуживания измерительной техники без дальних массовых перевозок. 
 

  29. Аналоговые измерительные приборы.

  Аналоговые - приборы, показания которых являются непрерывной функцией измерений измеряемой величины.

  Достоинства приборов: простота, дешевизна, высокая надёжность, разнообразное применение, класс точности до 0,05;

  Элементы аналоговых приборов:

  -измерительная цепь - служит для преобразования измеряемой величины в др величину, непосредственно воздействующую на измерительный механизм;

  -измерительный механизм - элементарная энергия преобразуется в механическую: перемещение подвижной части, которая состоит в повороте оси на угол .

  -отсчетное устройство - состоит из указателя и шкалы и преобразует условные перемещения подвижной части в перемещение на расстояние, которое выражается в делениях шкалы.

  Основное уравнение электромеханических приборов, поясняющее принципы их действия: , где , х - входная величина; - угол поворота стрелки. - момент, возникающий в приборе под действием измеряемой величины и поворачивающий подвижную часть в сторону возрастающих показаний. М_{пртивдейст.} в общем случае может создаваться механическим и электрическим способом. Приборы, в которых М_вращ. создаётся электрическим способом называются логометры.

   ,   - удельный противодействующий момент, зависящий только от свойств упругого элемента.

   - основное уравнение. характеризирующее свойства прибора. (А - параметры прибора, х - измеряемая величина).

  По способу создания вращающего момента (по способу преобразования э/м энергии в механическую) выделяют приборы: Магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические, индукционные и др.

  Общие узлы и детали прибора:

  1). Корпус прибора - защищает измерительный механизм от внешних воздействий;

  2). Отсчетное приспособление - состоит из шкалы и указателя. Шкалы бывают: а)равномерные, неравномерные, б)логарифмические, гиперболические, в)зеркальные.

  Указатель - жесткоскрепленная с подвижной частью стрелка, перемещающаяся перед шкалой.

  Стрелки: клиновидные, стержневидные, ножевидные. Применяется также световой способ отсчета, который позволяет увеличить чувствительность и уменьшить массу и момент инерции подвижной части прибора.

  3). Подвижная часть прибора - способ установки подвижной части определяется выбором элементов создающих противодействующий момент.

  а)на опорах. Опоры состоят из кернов и подпятий. 
 
 

  1-ось; 2-подпятники; 3-стрелка; 4-шкала; 5-проводок корректора; 6,7-спиральные пружины; 8-корректор; 9-ось корректора;10-винт корректора; 11-уравновешивающее устройство; 12-успокоитель; 13-сердечник; 14-катушка.

  Достоинства: возможность использования в любом положении и простота изготовления.

  Недостатки: трения в опорах => значительная погрешность. 

  б). На растяжках. Представляют собой упругие ленты, прикрепленные одним концом к подвижной части прибора. Применяют как при вертикальном так и при горизонтальном положении оси вращения. При необходимости они используются также для подвода тока в обмотку подвижной части. 
 
 

  в). На подвесе. Подвес представляет собой тонкую упругую нить. Достоинство: наибольшая чувствительность (гальванометры), высокая точность измерений, малая потребляемая мощность. Недостатки: работа только в вертикальном положении и сложности установки. 
 
 

  4). Успокоитель. Требуемое время успокоения достигается путём применения успокоителя. Он создаёт при движении подвижной части динамический момент, стремящийся успокоить это движение. (момент успокоения).

  а). Механические успокоители. (воздушные и жидкостные).

  б). Магнитоиндукционные. Момент успокоения создаётся в результате успокоения магнитных полей магнита и вихревых токов, возникающих в движущихся металлических неферромагнитных деталях (крыло). 

  30. Принципы действия.

  (1). Магнитоэлектрические измерительные механизмы.

  Вращающий момент создаётся в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля проводника с током, выполняемого обычно в виде катушки (рамки). Подвижная рамка находится в равномерном радиальном магнитном поле при протекании по обмотке рамки тока, возникают силы, стремящиеся повернуть рамку перпендикулярно оси магнита. 
 
 
 

   .

   .

  W_e - электромагнитная энергия катушки; - угол отклонения; Ф - магнитный поток, сцепляющийся с обмоткой рамки; I_x - ток в обмотке рамки; В - магнитная индукция в воздушном зазоре; - число витков в обмотке; S - площадь рамки.

      ;     .

  Вывод: 1). При перемене направления тока угол поворота стрелки меняется на противоположный => требуется соблюдать полярность включения прибора => используется для измерения токов и напряжений.

   2).

  Чувствительность не зависит от угла отклонения и постоянна по всей шкале => шкала равномерна и можно выпускать приборы комбинированными и многопредельными. Достоинства: высокая точность, т.к. а). шкала равномерная => малы погрешность и градуировка отсчёта; б). благодаря сильному собственному магнитному полю, влияние посторонних полей не значительны; в). Позволяет скомпенсировать с помощью специальных схем температурные погрешности.  Высокая чувствительность, т.к. благодаря своим особенностям данные приборы с различными преобразователями переменного тока в постоянный используется Б??? для измерения в цепях переменного.   Недостатки: сложная и дорогая конструкция, невысокая перегрузочная способность, применение лишь в цепях переменного тока., невысокая надёжность при ударах, используется главным образом в амперметрах, вольтметрах, гальванометрах, иногда в осиметрах для логометра. 
 
 
 

                          . 

  (2). Электромагнитный измерительный механизм.

  Вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитного поля катушки, по обмотке которой протекает измеряемый ток I_X с одним или несколькими ферромагнитными сердечниками, обычно составляющими подвижную часть механизма. 
 

  Основные конструкции: с плоской катушкой, с круглой катушкой, с замкнутым магнитопроводом.

  Общий недостаток - сильное влияние на механизм внешних магнитных полей. Для защиты используют экранирование.

            .

  Выводы: а). Знак не зависит от I_X, т.е. измерительный механизм можно использовать в цепях переменного и постоянного тока; б). шкала э/м измерительного прибора неравномерна. (зависит от и от I_X² ). Но, меняя форму и расположение сердечника в катушке, можно получить практически равномерную шкалу. Достоинство: простота конструкции, дешевизна. Логометры.