Методы передачи размера единицы физической величины

К допускаемым методам поверки (калибровки) средств измерений относятся следующие.

1. Метод непосредственного сличения поверяемого (калибруемого) средства измерения с эталоном соответствующего разряда, без использования компаратора (прибора сравнения). Этот метод широко применяется при поверке различных средств измерений, например," в области электрических и магнитных измерений при определении метрологических характеристик измерительных приборов непосредственной оценки, предназначенных для измерения тока, напряжения, частоты.

Основой метода является проведение одновременных измерении одного м того же значения физической величины однородными (по измеряемой величине) поверяемым (калибруемым) и эталонным средствами измерений.

При поверке с помощью данного метода устанавливают' некоторое значение величины X и сравнивают результаты измерения (показания) этой величины с поверяемым (калибруемым) Х„ и эталонными Х₃ средствами измерений. Показания эталона рассматривают как действительные значения величины. Тогда абсолютная погрешность при поверке (калибровке) при значении величины X будет &—Х_а—Х_э.

Этот метод может быть реализован двумя способами:

регистрацией совмещений, когда указатель поверяемого (калибруемого) прибора путем изменения входного сигнала совмещают с проверяемой отметкой шкалы, а погрешность определяют расчетным путем как разность между показанием поверяемого прибора (рис. 9.3, а) и действительным значением, определяемым по показаниям эталонного прибора (рис. 9.3, б);

 

Рис. Схема поверки с помощью метода непосредственного сличения при совмещении показания прибора при изменении входного сигнала

отсчитыванием погрешности по шкале поверяемого прибора. При этом номинальное для поверяемой отметки шкалы значение размера физической величины устанавливают по эталонному сред ству измерения (рис. 9.4, а), а погрешность определяют по расстоянию между поверяемой отметкой поверяемого прибора и его указателем (рис. 9.4, б).

Рис. Схема поверки с помощью метода непосредственного сличения при установке поверяемой отметки шкалы на эталонном приборе

Первый способ удобен тем, что дает возможность точно определить погрешность по эталонному прибору, шкала которого обычно имеет большее число делений, а отсчетное устройство практически исключает появление погрешности отсчета вследствие параллакса.

Второй способ удобен при автоматической поверке, так как позволяет поверять одновременно несколько средств измерений с помощью одного эталонного. К недостаткам этого способа относятся: нелинейность шкал аналоговых поверяемых приборов и неточность нанесения промежуточных делений. Но это не. относится к цифровым приборам, которым несвойственна погрешность отсчета. При их поверке второй способ дает такую же точность, как и первый.

К достоинству метода непосредственных сличений относится простота, наглядность, возможность применения автоматической поверки (калибровки), отсутствие необходимости применения сложного оборудования.

2. Метод сличения поверяемого (калибруемого) средства измерения с однородным эталонным с помощью компаратора (прибора сравнения).

В некоторых случаях оказывается невозможным сравнить показания средств измерений одной и той же величины. Например, нельзя сравнить показания двух вольтметров, если один из них пригоден для измерений только в цепях постоянного тока, а другой — переменного; нельзя непосредственно сравнить размеры мер магнитных и электрических величин. Измерение этих величин выполняют путем введения в схему поверки некоторого промежуточного звена — компаратора, позволяющего косвенно сравнивать две однородные или разнородные физические величины ( с помощью компаратора). Компаратором может быть средство измерения, одинокого реагирующего на сигнал как эталонного, так и поверяемого измерительного прибора.

При сличении мер сопротивления, индуктивности, емкости и качества компараторов используют мосты постоянного и переменного тока (см. разд. 4.2.2), при сличении мер сопротивления и ЭДС — потенциометры, при сличении мер массы поверяемой (калибруемой) гири с эталонной — весы.

Сличение мер с помощью компараторов осуществляют методами противопоставления или замещения. Общим дли этих методов поверки является выработка сигнала о наличии разности размеров сравниваемых величин.

Различают нулевой метод (если сигнал путем подбора эталонной меры или путем принудительного измерения ее размера будет сведен к нулю) и дифференциальный метод (при одновременном воздействии сигналов сличаемых мер на входе компаратора измерительный сигнал указывает на наличие разности сравниваемых размеров мер).

Метод противопоставления позволяет уменьшить воздействие на результаты позерки влияющих величин, так как они практически одинаково искажают сигналы, подаваемые на входе компаратора.

Достоинства метода замещения заключаются в последовательном во времени сравнении двух величин.

3. Метод прямых измерений применяется в случае, когда имеется возможность с помощью многозначной эталонной меры, воспроизводящей в некотором диапазоне значения величины, в единицах которой проградуировано поверяемое (калибруемое) средство измерения, произвести сличение и определить погрешит п. испытуемого средства измерения в пределах измерений.

Метод прямых измерений часто применяется при поверке (калибровке) мер электрических и магнитных величин. Например, с помощью калибраторов постоянного электрического напряжения поверяются (калибруются) вольтметры постоянного тока. В этом случае при выставлении некоторого калиброванного значения напряжения Uэ, подаваемого на поверяемый (калибруемый) прибор, определяется показание последнего Uп и погрешить ∆ = Uп—Uэ. По существу метод прямых измерений аналогичен методу непосредственного сличения для однозначных мер.

Рассмотрим возможности метода на примере поверки вольтметров переменного тока вида ВЗ и В7. Обычно эти виды вольтметров поверяются с помощью метода прямых измерений поверяемым электронным вольтметром электрического напряжения переменного тока, воспроизводимого поверочной установкой. Имеется ряд типов подобных поверочных установок, позволяющих непосредственно по их отсчетным шкалам определять относительную погрешность поверяемых вольтметров. В соответствии с нормативными документами при периодической поверке вольтметров типа ВЗ и В7 вначале требуется определить их погрешность при частоте градуировки на конечных числовых отметках всех поддиапазонов измерений и на всех числовых отметках в каждом из поддиапазонов измерений.

Затем необходимо определить погрешность на конечных числовых отметках одного — двух поддиапазонов измерений, где может быть обеспечено высокопроизводительное и высокоточное проведение измерений. Измерения проводят при значениях частот, соответствующих началу и концу всех областей рабочего диапазона частот.

Погрешность вольтметров, имеющих несколько расширенных областей частот, определяют в каждой области при крайних значениях частот, па которых не определялась погрешность в смежной области с меньшим значением предела допускаемой погрешности.

Особенности поверки цифровых электронных вольтметров заключаются в дискретности отсчета измеряемого напряжения.

4.Метод косвенных измерений величины, позволяющий действительный размер меры находить с помощью поверяемого (калибруемого) средства измерения прямыми измерениями нескольких эталонных величин, связанных с искомой величиной определенной зависимостью. Метод применяется тогда, когда действительные значения величин, воспроизводимые эталонным и измеряемые поверяемым (калибруемым) средствами измерений, невозможно определить прямыми измерениями или когда косвенные измерения более просты или более точны по сравнению с прямыми измерениями.

Так, систематическую составляющую относительной погрешности электрического счетчика активной электрической энергии находят с помощью ваттметра и секундомера. Погрешность поверяемого (калибруемого) счетчика в процентах, находят по формуле

 

где W_o) - действительное значение электрической энергии по показанию эталонного прибора; W_п— значение электрической энергии по показаниям поверяемого (калибруемого) счетчика. Для определения W_п необходимо знать постоянную счетчика С, которая обычно не указывается в документации. Но на счетчике указано число оборотов диска А, соответствующее энергии 1 кВт-ч. Постоянная

 

а энергия, измеренная поверяемым счетчиком W_п =С*N.

Если по показаниям эталонного ваттметра установи действительное значение мощности Ро и поддержать ее неизменной величине времени tо, определяемого по эталонному секундомеру, то действительное значение энергии Wo можно определить расчетным путем по формуле W₀ = Po to.

 

При поверке счетчика методом косвенного измерения энергии эталонным ваттметром и секундомером суммарная погрешность эталонных средств измерений складывается из погрешностей эталонных ваттметров и трансформатора тока, погрешности секундомера и субъективных погрешностей, вызванных ошибками поверителя при пуске и остановке секундомера.

Таким образом, при выполнении поверки методом косвенных измерений величин, измеряемых поверяемым (калибруемым) средством измерения, следует учитывать тот факт, что конечный результат косвенного измерения всегда отягощен составляющими погрешностями прямых измерений.

Рассмотрим еще один пример применения метода косвенных измерений: поверка (калибровка) вольтметра постоянного тока. В рассматриваемом примере при поверке (калибровке) вольтметра постоянного тока сигнал от источника постоянного электрического тока одновременно поступает на эталонный амперметр, меру сопротивления и поверяемый (калибруемый) вольтметр. При некотором значении сигнала источника питания могут быть получены показания испытуемого вольтметра Uп эталонного амперметра /_э и значение эталонного сопротивления Rэ. Эталонное напряжение будет Uэ=Iэ Rэ, а погрешность поверяемого вольтметра ∆= Uп- Uэ.

Метод косвенных измерений при передаче размера единицы величины широко используется в установках автоматизированной поверки (калибровки).