Прикладная метрология: Методические указания к выполнению лабораторных работ

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Прикладная метрология» для специальности 200501 «Метрология и метрологическое обеспечение» дневного, заочного и ускоренного форм обучения.

Федеральное агентство по образованию ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Прикладная метрология Составители: Жаргалов Б.С., Сыремпилова С.Г., Коношонкина Л.Н.

Рецензент: к.т.н., доц. Хамханова Д.Н

Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 200501 «Метрология и метрологическое обеспечение» дневной, заочной и ускоренной форм обучения

Составители: Жаргалов Б.С. Сыремпилова С.Г. Коношонкина Л.Н.

Редактор Стороженко Т.А. Подписано в печать 14.06.2006г. Формат 60 × 841/16. Усл. п.л. 2,79 Электронный вариант Заказ № 114 Издательство ВСГТУ. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40, в.

Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2006

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВСГТУ

Настоящие методические указания предназначены для студентов специальностей 200501 для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Прикладная метрология» дневной, заочной и ускоренной форм обучения. Выполняемые лабораторные работы способствуют получению практических навыков поверки и применения различных методов определения и корректировки межповерочного интервала средств измерений, повысить уровень знаний и закрепить знания, полученные при изучении теоретического курса.

Ключевые слова: Погрешность средств измерений, метрологические характеристики средств измерений, нормирование метрологических характеристик, поверочная схема, государственная поверочная схема, локальная поверочная схема, поверка: первичная, периодическая, внеочередная, инспекционная, межповерочный интервал, корректировка МПИ, осциллограф, вольтметр.

Общие положения Результаты измерения можно использовать лишь в том случае, если оценена точность, сходимость и воспроизводимость измерения, т.е. должно быть определено числовое значение погрешности измерения, составной частью которой является погрешность средств измерений. Определение погрешности средств измерений – нестационарный процесс с ненулевым математическим ожиданием, который на практике чаще всего аппроксимируется квазистационарным эргономическим процессом с математическим ожиданием, зависящим от времени. Однако пользоваться такой характеристикой точности средств измерений, неудобно, поэтому для оценки ее применяют показатели точности, которые являются не функциями, а числами. Существуют различные числовые показатели точности средств измерений, используемые при: вычислении погрешности результата измерений по записанным в паспорте средства измерений показателям точности для широкого класса сигналов, действующих на его входе; аттестации средств измерений и их поверке; определении погрешности любого комплекса средств измерений по показателям точности отдельных средств измерений, входящих в него; применении ЭВМ для аттестации средств измерений и обработки результатов измерений. Метрологические характеристики средств измерений (МХ СИ) – это характеристики свойств средств измерений, оказывающих влияние на результаты измерений, предназначенные для оценки определения результатов измерений и расчетной оценки характеристик

инструментальной составляющей погрешности измерений. ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений» предусматривает шесть групп МХ СИ: 1. Характеристики для определения результатов измерения; 2. Характеристики погрешностей СИ; 3. Характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам; 4. Динамические характеристики; 5. Характеристики влияния взаимодействия средства и объекта измерений; 6. Неинформативные параметры выходных сигналов. В первую группу характеристик СИ, предназначенных для определения результатов измерения, входят следующие характеристики: Функция преобразования, характеризующая зависимость выходной величины (выходного сигнала) СИ от входной величины (входного сигнала). у = ƒ(х) Функция преобразования может быть представлена аналитически, графически или таблично. а) значение однозначной меры, воспроизводящей физическую величину одного размера или значение многозначной меры, воспроизводящей ряд одноименных величин различного размера; б) цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры; в) вид выходного кода (цифрового СИ), число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода СИ, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде. Указанные характеристики нормируют как

номинальные характеристики СИ данного типа. Ко второй группе относятся характеристики систематической и случайной составляющей погрешности средств измерений. 1 Характеристики систематической составляющей погрешности ∆S средств измерений могут быть представлены непосредственным значением ∆S или значениями математического ожидания М (∆S) и средним квадратическим отклонением σ(∆S) систематической составляющей погрешности. Оценка М (∆S) (среднее арифметическое) математического ожидания М|∆S| систематической составляющей ∆S погрешности СИ определяется формулой:

~

σ ∆s

~  ~  ∑  ∆ s − M ∆s    = m −1

2

(1)

Рассматриваемые характеристики систематической составляющей погрешности средств измерений нормируют путем установления: а) пределов (положительного и отрицательного) ∆SP допускаемой систематической составляющей погрешности СИ данного типа; б) пределов ∆s допускаемой систематической составляющей погрешности математического ожидания М[∆S] и среднего квадратического отклонения σ[∆S] систематической составляющей погрешности СИ данного типа. 2 Характеристика случайной составляющей ∆Н

погрешности средства измерения от гистерезиса – вариация выходного сигнала (показаний) средства измерения. В основе возникновения данных случайных погрешностей лежит закон распределения составляющих на выходе СИ в результате явления гистерезиса выходного сигнала. Данное явление вызывается разностью между двумя математическими ожиданиями информативного параметра выходного сигнала СИ Характеристику случайной составляющей ∆Н погрешности от гистерезиса нормируют путем установления предела (без учета знака) Нр допускаемой вариации выходного сигнала (показания СИ данного типа). К третьей группе характеристик относится чувствительность СИ к влияющим величинам, выбираемым из числа следующих: Функция влияния ψ(ξ) Особенностью характеристик чувствительности СИ к влияющим величинам является зависимость точности измерений от влияющих факторов (климатических, механических и ряд других), т.е. учитываются не только основные, но и дополнительные погрешности. С этой целью в рассмотрение вводят понятие функции влияния. Функцией влияния называется зависимость изменения МХ СИ от влияющих величин или от изменения совокупности влияющих величин. Функции влияния нормируют путем установления номинальной функции ψsf (ξ) и пределов допускаемых отклонений от нее или граничных функций влияния: верхней ψ*(ξ) и нижней ψ*(ξ). Граничные функции влияния по множеству экземпляров. Поэтому номинальную ψ(ξ) не нормируют. Четвертая группа МХ рассматривает динамические характеристики СИ.

Динамической характеристикой СИ является свойство СИ, проявляющееся в том, что на выходной сигнал влияют значения выходного сигнала и любого изменения этих значений во времени. Различают полные и частные динамические характеристики аналоговых СИ, которые можно рассматривать как линейные. Их нормируют путем установления соответствующих характеристик и их пределов (положительных и отрицательных) допускаемых отклонений. Предпочтительной для нормирования является такая полная динамическая характеристика, экспериментальное определение и (или) контроль которой может быть осуществлены с необходимой точностью и наиболее простым методом. При этом для непосредственного измерения используются испытательные выходные сигналы СИ ступенчатой, синусоидальной, псевдослучайной, а также двух – или трехуровневой формы. Такую динамическую характеристику выбирают из следующего числа: переходная характеристика, h(t); импульсная переходная характеристика А(ω); передаточная функция G(S). Переходные характеристики СИ являются временной характеристикой, получаемой при ступенчатом измерении входного сигнала путем непосредственного измерения; Импульсная переходная характеристика СИ является временной характеристикой, полученной в результате подачи на вход СИ сигнала в виде дельта - функции (функции Дирака); Амплитудно – фазовая характеристика СИ является зависимостью от круговой частоты отношения преобразования Фурье выходного сигнала линейного СИ к преобразованию Фурье его входного сигнала при нулевых

начальных условиях; Амплитудно-частотная характеристика СИ является зависимостью от круговой частоты отношения амплитуды выходного сигнала линейного СИ в установившемся режиме к амплитуде входного синусоидального сигнала; Передаточная функция СИ отношение преобразования Лапласа выходного сигнала линейного СИ к преобразованию Лапласа входного сигнала при нулевых начальных условиях. К частным динамическим характеристикам относят любые функционалы, т.е. переменные величины, зависящие от выбора одной или нескольких функций, или параметры полных динамических характеристик. Параметрами таких характеристик являются: а) время реакции tr для показывающих измерительных приборов оно определяется временем установления выходного сигнала; б) коэффициент демпфирования уdam; в) постоянная времени, Т; г) значение амплитудно-частотной характеристики на резонансной частоте А(ω0); д) значение резонансной собственной круговой частоты ω0. Допускается нормировать частную динамическую характеристику только в тех случаях, когда она достаточна для учета динамических свойств СИ при его применении. Частные динамические характеристики АЦП и ЦИП, время реакции которых не превышает интервала времени между двумя измерениями, соответствующего максимальной частоте (скорости) ƒmax измерений, а также ЦАП нормируют путем установления номинальных частных динамических характеристик и пределов (положительных и отрицательных) допускаемых отклонений.

Пятая группа метрологических характеристик позволяет учесть взаимодействие СИ с подключенными к входу и выходу объектов измерений их полных сопротивлений. Учет значений полных сопротивлений позволяет оценить характеристики погрешностей результатов измерений. Шестая группа охватывает неинформативные параметры выходного сигнала СИ. Неинформативным параметром выходного сигнала СИ является параметр выходного сигнала, не используемый для передачи или индикации значения информативного параметра входного сигнала измерительного преобразователя или не являющийся выходной величиной меры. Неинформативный параметр выходного сигнала нормируют путем установления номинальных параметров и пределов допускаемых отклонений от них, либо наибольших или наименьших допустимых значений параметров. В соответствии с принятым определением (РМГ 2999), поверочная схема (ПС) для средств измерений – это нормативный документ, устанавливающий соподчинение СИ, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим СИ (с указанием методов и погрешности при передаче). Различают государственные и локальные ПС. Государственная ПС распространяется на все СИ данной физической величины, имеющиеся в стране. Локальная ПС распространяется на СИ данной физической величины, применяемые в регионе, отрасли, ведомстве или на отдельном предприятии (в организации). Одной из основных форм поддержания СИ в метрологически исправном состоянии является периодический контроль (поверка или калибровка). Средства измерений подвергаются первичной поверке при выпуске на производства, после ремонта, при

ввозе в страну из-за границы, а также периодической, внеочередной, инспекционной и экспертной поверке при их эксплуатации и хранении. Периодическая поверка проводится через определенные межповерочные интервалы, обеспечивающие сохранность метрологических характеристик в пределах установленных для них норм между очередными поверками. Продолжительность межповерочных интервалов СИ регламентируется нормативными документами, устанавливающими интервалы поверок для больших групп СИ. Недостатком действующей системы метрологического обслуживания СИ является то, что она не учитывает ни конкретных особенностей отдельных приборов, входящих в общую группу, для котрой установлен интервал, ни реальных условий их эксплуатации. В результате часть приборов, обладающих высокой стабильностью МХ, поверяется чаще, чем это необходимо, исходя из требований к точности и 'надежности СИ, что увеличивает затраты на производство поверочных работ. С другой стороны, некоторая часть приборов поверяется слишком редко, что приводит к использованию средств измерений, не удовлетворяющих установленным требованиям к точности. Таким образом, возникает необходимость в установлении научно обоснованных сроков периодической поверки средств измерений, которые учитывали бы реальные условия эксплуатации и специфику приборов и были бы согласованы с требованиями к надёжности. При корректировке межповерочного интервала учитывается, в первую очередь, экономическая сторона в принятии того или иного решения: сравниваются затраты на проведение поверочных работ с возможными убытками

в случае брака продукции из-за использования метрологически неисправного средства измерения. Поэтому определение межповерочного интервала является важной процедурой не только в целях обеспечения единства измерений, но и в экономическом управлении метрологической службой. Корректировка межповерочного интервала СИ является прерогативой предприятий - владельцев СИ. Для СИ, которые подлежат поверке, допускается возможность сокращения мсжповсрочкого интервала руководителями метрологической службы в зависимости от конкретных условий их эксплуатации с согласия государственных метрологических служб. Это свидетельствует о том, что разработчики межповерочного интервала, опираясь на теоретическую надежность СИ. декларируемую заводами-изготовителями, понимают зависимость их надежности от условий эксплуатации, по решение проблемы перекладывают на плечи экс п л уатацион никое. А для СИ, подлежащих калибровке, межкалибровочный интервал можно и уменьшать, и увеличивать по усмотрению владельцев СИ, при условии, что выбранный интервал будет оптимальным как с точки зрения обеспечения требуемой точности, так и с экономической стороны вопроса. Внеочередная поверка производится: при необходимости подтверждения пригодности средств измерений к применению; в случае применения средства измерений в качестве комплектующего по истечении половины межповерочного интервала; в случае повреждения клейма или утери свидетельства о поверке;

при вводе в эксплуатацию после длительной консервации; при отправке средств измерений потребителю после истечения межповерочного интервала. Инспекционная поверка выполняется в рамках государственного или ведомственного контроля; для контроля качества первичных или периодических поверок и определения пригодности средств измерений к применению. Экспертная поверка проводится при возникновении разногласий по вопросам, относящимся к метрологическим характеристикам, исправности средств измерений и пригодности их к применении.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 ПОВЕРКА ОСЦИЛЛОГРАФА С1-72 ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомление с осциллографом С1-72 и методикой поверки осциллографа С1-72. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ: Осциллограф С1-72 предназначен для исследования электрических процессов путем визуального наблюдения и измерения их временных интервалов и амплитуд. Общий вид прибора показан на рисунке 1

Рисунок 1 - Общий вид прибора 1 УСТРОЙСТВО И НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ 1.1

Схема управления лучом ЭЛТ

Схема управления лучом формирует импульсы, предназначенные для смещения луча за пределы экрана ЭЛТ во время обратного хода развертки.

Схема включает в себя электронный ключ и эммитерный повторитель на транзисторах Т19, Т20 соответственно и управляется импульсами, поступающими с триггера управления разверткой через эмиттерный повторитель Т31. Одна из внутренних бланкирующих пластин подсоединена к источнику постоянного напряжения +60В, а другая – к выходу эммитерного повторителя Т20.

стабилитронов обеспечивает постоянной амплитуду импульсов в широком интервале рабочих температур. Питание к калибратору подводится через переключатель В2 при установке его в положение “КАЛИБР”. При этом калибрационное напряжение одновременно переключателем В2 выхода калибратора подключается к входу УВО. 1.4 Узел питания

1.2 Электроннолучевой индикатор В приборе применена ЭЛТ типа 8Л04И. питание ЭЛТ производится стабилизированным напряжением +3000 В. Яркость луча регулируется потенциометром R84, ручка которого “ ” выведена на панель. Фокусировка луча осуществляется потенциометром ” выведена на лицевую панель. R74, ручка которого “ Для устранения астигматизма ЭЛТ служит потенциометр R74. Потенциометром R74 устраняются геометрические искажения путем изменения напряжения на промежуточном электроде ЭЛТ. 1.3 Калибратор Калибратор служит для калибровки коэффициента отклонения усилителя вертикального отклонения (УВО) и калибровки коэффициента развертки. Резистором R188 устанавливается частота колебаний мультивибратора равная 1кГц. Импульсное напряжение мультивибратора через эмиттерный повторитель Т46 ограничивается встречновключенными стабилизаторами Д33, Д34. Такое включение

Узел питания обеспечивает питающими напряжениями схему осциллографа при включении его в сеть 220 В +10% частотой 50 Гц ±10%; 115 В±5% и 220 В±5% частотой 400 Гц−+37%% % и постоянного напряжения

24 В−+510%% . Узел питания состоит из силового трансформатора Тр2, выпрямителя, стабилизатора постоянного напряжения 20 В и схемы преобразователя на транзисторах Т49, Т50 и трансформаторе Тр1. 2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

По точности воспроизведения формы сигнала, измерения временных интервалов и амплитудных значений осциллограф С1-72 относится к III классу ГОСТ 9829-81 “Осциллографы светолучевые. Общие технические условия”. 1 Толщина линии луча не превышает 0,6 мм. 2 Полоса пропускания частот от 0 до 10 МГц. 3 Время нарастания переходной характеристики не более 35 нс, время установления - не более 100 нс. 4 Выброс на переходной характеристике не более 10 %.

3 УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПОВЕРКИ

Поверка прибора производится согласно ГОСТ 8.311-78 Осциллографы электронно-лучевые универсальные. Методы и средства поверки. 3.1 При проведении поверки необходимо соблюдать следующие условия: поверку проводят в нормальных условиях по ГОСТ 22261—94; допускается проводить поверку в рабочих условиях, если при том не ухудшается соотношение погрешностей поверяемого и образцового приборов. 3.2. Перед проведением поверки должны быть выполнены следующие подготовительные работы: подготовлены вспомогательные устройства (кабели, нагрузки, аттенюаторы, разветвители и т. п.) из комплектов поверяемого прибора и образцовых средств поверки; поверяемый осциллограф и средства поверки должны быть заземлены и выдержаны во включенном состоянии в течение времени. 4 ПОДГОТОВКА ПРИБОРА К РАБОТЕ

4.1 Расположение и назначение органов управления Обозначение Ручка переключателя “V/ДЕЛ.”

Кнопка

Назначение Установка необходимого коэффициента отклонения и подключения внутреннего калибратора к входу усилителя вертикального отклонения (УВО) (положение "КАЛИБР.") Переключение входа:

переключателя: “~” (кнопка нажата) “~” (кнопка отжата) Ручка “ β ” Коаксиальное гнездо “ВХОД Y” Ручка “ ” Ручка “ ” Кнопка “СЕТЬ” Ручка “ ↔ ” Ручка переключателя “ВРЕМЯ/ДЕЛ.” Ручка “СТАБИЛЬНОСТЬ” Ручка “УРОВЕНЬ” Кнопка переключателя: “ ”(кнопка нажата)

− открытый вход УВО; − закрытый вход УВО. Перемещение луча по вертикали. Подключение исследуемых сигналов на УВО. Регулировка яркости луча. Регулировка фокусировки луча. Включение и выключение прибора. Перемещение луча по горизонтали. Переключение длительности развертки. Выбор режима работы генератора развертки (ждущий, автоколебательный). Выбор уровня запуска развертки. Выбор полярности синхронизации:

− синхронизация положительным перепадом исследуемого сигнала; − синхронизация отрицатель“ ”(кнопка отжата) ным перепадом исследуемого сигнала. Кнопки Выбор вида синхронизации: переключателя: − внутренняя синхронизация “ОТ СЕТИ” (кнопка частотой сети питания; нажата) − внутренняя синхронизация исследуемым сигналом; “ ” (кнопка − синхронизация внешним нажата) сигналом Переключение и отключение “”(кнопка нажата) усилителя горизонтального “”(кнопка нажата)

“ВХОД Х” Гнездо СИНХ.”

Клемма “

отклонения усилителя к гнезду ВХОД СИНХ. Подключение сигнала при “ВХОД внешней синхронизации и для подачи внешнего сигнала на усилитель горизонтального отклонения. Заземление корпуса прибора. ”

4.2 Подготовка прибора к измерению Перед включением прибора в сеть предварительно установите органы управления в следующие положения: Ручки: “ ” - регулировка яркости луча, “ ” регулировка фокусировки луча, “ β ” - перемещение луча по вертикали, “ ↔ ” - перемещение луча по горизонтали, “уровень”, - в среднее положение; “стабильность” – в крайнее правое положение; Переключатель “V/Дел.”- в положение “10”; Переключатель полярности синхронизации – в ” положение “ ” Переключатель синхронизации - в положение “ Переключатель “ВХОД Х” выключен. Проверьте положение предохранителя на соответствие величине напряжения питающей сети и положение тумблера “~” / “—” виду питающей сети. Шнур питания прибора соедините с источником напряжения, нажатием кнопки переключателя “СЕТЬ” включите прибор. При этом должна загореться сигнальная лампочка.

Через 2-3 минуты после включения прибора следует отрегулировать яркость и фокусировку линии развертки с помощью ручек “ ”, “ ”. Если при максимальной яркости на экране не будет луча, необходимо при помощи ручек “ ↔ ”, “ β ” переместить его в пределы рабочей части экрана. После 10-15 минут прогрева осциллографа необходимо произвести балансировку УВО (в процессе эксплуатации сохранность балансировки периодически проверяется и подстраивается). Сущность балансировки заключается в том, чтобы луч на экране не перемещался при переключении переключателя “V/Дел”. Для этого, не подавая сигнал на вход усилителя, ручкой “ β ” линию развертки переместите в среднее положение рабочей части экрана ЭЛТ и потенциометром “БАЛАНС”, выведенном на левую боковую стенку, добейтесь независимости положения линии развертки от положения переключателя “V/Дел.” Ручку переключателя “V/Дел”. Установите в положение КАЛИБР, при этом на экране должно появится изображение калибрационного напряжения. Ручку переключателя “ВРЕМЯ/ДЕЛ.” Установите в положение 1µs. С помощью потенциометра “КОРР. УСИЛ.” установите по шкале прибора амплитуду изображения калибрационного напряжения, равную 6 делениям по вертикали. Затем следует проверить калибровку коэффициента развертки. Для этого переключатель “ВРЕМЯ/ДЕЛ” установите в положение 1ms и ручками “СТАБИЛЬНОСТЬ” и “УРОВЕНЬ” добейтесь устойчивого изображения 10 периодов напряжения калибратора.

Калибровка производится потенциометром “КОРР. РАЗВ.” После этого прибор готов к работе и можно приступить к выбору режима работы и проведению необходимых измерений. 5

5.3.1

Определение ширины линии луча

5.3.2

Определение погрешности коэффициент а отклонения

МЕТОДИКА ПОВЕРКИ

Поверка производится согласно ГОСТ 8.311-78 «Осциллографы электроннолучевые универсальные. Методы и средства поверки». При выполнении поверки должны быть выполнены операции и применены средства поверки, указанные в таблице 2. № п/п Наименование Средства поверки и их нормативнооперации технические характеристики 15.1 Внешний осмотр 25.2 Генератор импульсов типа Г5-26: Опробование длительность импульсов (τ) 0,1106 мкс; погрешность установки длительности ±(0,05τ+0,5) мкс; длительность фронта 0,017 мкс; амплитуда импульсов 0,02-50 В; погрешность установки амплитуды 2-5%; частота повторения 0,1Гц – 1 МГц; 0,2-2⋅106 временной сдвиг (τс) мкс; погрешность установки сдвига ±(0,05τс +0,02) мкс 5.3 Определение метрологических характеристик

Генератор типа Г5-53: длительность импульса (τ) 0,3106мкс; погрешность установки длительности ±(0,1τ+0,03) мкс; длительность фронта 0,15 мкс; погрешность установки амплитуды ±(0,01U+0,005)В; период повторения 1-107 мкс; временной сдвиг (τс) - 0-100 мкс; погрешность установки сдвига ±(0,01τс+0,03) мкс; максимальная амплитуда U10 В. Генератор импульсов типа Г5-26. Генератор импульсов типа Г5-53. Установка для поверки вольтметров типа В1-8: амплитуда напряжения U 10 мкВ - 300 В; частота 45, 400, 1000 Гц; погрешность установки амплитуды ±(0,003U+3) мкВ. Вольтметр универсальный типа В7-18; пределы измерения Uпр 100мВ 1000В; погрешность измерения ±[(0,05+0,02+Uпр/Uизм)]%. Калибратор осциллографов типа И1 - 9: диапазон амплитуд U - 30 мкВ-100В; погрешность установки амплитуды ±(2,5⋅10-3U+3) мкВ; период следования Т 100 нc - 10 с; погрешность установки периода 10-4 Т

5.3.3

Определение погрешности измерения напряжения

5.3.4

Определение погрешности коэффициент а развертки

5.3.5

Определение погрешности измерения временных интервалов

Генератор импульсов типа Г5-26. Генератор импульсов типа Г5-53. Установка для поверки вольтметров типа В1-8. Вольтметр универсальный типа В7-18. Калибратор осциллографов типа И1 – 9. Генератор сигналов высокочастотный типа Г4-118: диапазон частоты 0,1 - 30 МГц; погрешность установки частоты 1%; амплитуда 100 В при нагрузке 10 кОм. Генератор сигналов высокочастотный типа Г4-107; диапазон частот 10 - 300 МГц; погрешность установки частоты 1 %; амплитуда 1 В. Генератор импульсов типа Г5 -53. Генератор импульсов типа Г5 - 26. Частотомер электронносчетный типа Ч3-38 с блоком ЯЗЧ - 45: диапазон частот 10 Гц 50 МГц; диапазон измеряемых периодов 1 мкс - 10 с; нестабильность частот кварцевого генератора 5-10-9. Калибратор осциллографов типа И1- 9. Генератор сигналов высокочастотный типа Г4-118. Генератор сигналов высокочастотный Г4-107. Генератор импульсов Г5 - 53. Частотомер электронно-счетный типа Ч3 -38.

Калибратор осциллографов

5.3.6

Определение параметров переходной характеристи ки

Генератор импульсов типа Г5-53. Генератор испытательных импульсов типа Г5-39: длительность импульсов 300 нс; длительность фронта 1,2 нс; амплитуда 40В. Генератор испытательных импульсов типа Г5-40: длительность импульсов 1 мкс; длительность фронта 3 нс; амплитуда 80В: выброс на вершине 2%; неравномерность вершины 1,5%; спад вершины 3%; генератор испытательных импульсов типа Г5-41; длительность фронта 20 нс; амплитуда 100 В; выброс на вершине 1 %; неравномерность ширины 1%; спад вершины 1%. Генератор импульсов специальной формы типа Г6-17; длительность фронта 150 мс; выброс 10%; неравномерность 3%; амплитуда 2В.

1

Определение параметров амплитудночастотной характеристи ки

Генератор сигналов высокочастотный типа Г4-118. Генератор сигналов высокочастотный типа Г4-107. Вольтметр переменного тока типа ВЗ-24: пределы измерений 20 мВ 100 В; диапазон частот 20 Гц 1ГГц; погрешность измерения вольтметр ±[(0,2-4)+0,08/Uизм]% переменного тока типа ВЗ - 43; пределы измерений 3 мВ-3В (300 В); диапазон частот 10 кГц - 1кГц; погрешность измерения 4-25%. Генератор сигналов низкочастотный типа ГЗ - 56/1: диапазон частот (f) 20 Гц – 2 МГц; погрешность установки частоты ±(0,01f+0,5)Гц; амплитуда 4,9 - 49В. Генератор сигналов высокочастотный типа ГЗ - 47: диапазон частот (f) 0,02 Гц - 20 кГц; погрешность установки частоты ±(0,01f+0,002) Гц; выходное напряжение 19,5 В.

Примечание: в данной лабораторной работе выполняются следующие операции: внешний осмотр; определение погрешности коэффициента отклонения; определение погрешности измерения напряжения; определение погрешности коэффициента развертки; определение погрешности измерения временных интервалов. В работе используется калибратор осциллографов И1-9.

5.1 Внешний осмотр 5.1.1 Полная комплектация прибора 5.1.2 Прибор не должен иметь механических повреждений кожуха, крышек, лицевой панели, регулировочных и соединительных элементов, отсчетных шкал и устройств, нарушающих работу осциллографа или затрудняющих поверку; 5.2. Опробование 5.2.1 Допускается проводить опробование сразу после включения осциллографа. 5.2.2 Опробование проводят при помощи генератора импульсов. Генератор импульсов должен выдавать на выходах напряжение, обеспечивающее проверку работоспособности осциллографа при всех значениях коэффициентов отклонения и развертки в различных режимах работы каналов вертикального и горизонтального отклонения. Допускается использование нескольких типов генераторов импульсов, перекрывающих необходимые диапазоны. 5.2.3 Проверка работы осциллографа в автоколебательном режиме. Осциллограф переводят в автоколебательный режим и проверяют: наличие линии развертки электронного луча на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ); регулировку яркости и фокусировку луча; смещение луча в горизонтальном и вертикальном направлениях. 5.2.4 Проверка работы осциллографа в режиме внутреннего запуска Поверяемый осциллограф переводят в режим внутреннего запуска. Устанавливают среднее значение коэффициента отклонения, амплитуду основных импульсов генератора. Регулировкой уровня синхронизации поверяемого осциллографа добиваются

устойчивого изображения импульса на экране ЭЛТ. Уменьшение амплитуды основных импульсов генератора до минимального значения, установленного для поверяемого осциллографа, не должно приводить к срыву синхронизации. При необходимости допускается проводить дополнительную регулировку уровня синхронизации. 5.3 Определение метрологических параметров Определить метрологические параметры: − погрешности коэффициента отклонения − погрешности измерения напряжения − погрешности коэффициента развертки − погрешности измерения временных интервалов 5.3.1 Погрешность коэффициента отклонения определяют методом косвенного измерения действительного значения коэффициента отклонения при помощи генератора импульсов или установки для поверки вольтметров и вычисляют по формуле (1) или методом прямого измерения при помощи импульсного калибратора осциллографов. Относительная погрешность определяемых параметров осциллографа δА в процентах определяют по формуле:

δА =

Аном − АД Аном

,

(2)

где Аном – номинальное значение параметра; Ад – действительное значение параметра. 5.3.2 Погрешность измерения напряжения определяют методом прямого измерения медленно изменяющегося напряжения, выдаваемого генератором

импульсов, установкой для поверки вольтметров и вычисляют по формуле (2) или импульсным калибратором осциллографов. Поверяемый осциллограф и средства поверки переводят в режим внутреннего запуска. Период повторения основных импульсов генератора устанавливают равным 1 мс, длительность 0,5 мс. При использовании установки для поверки вольтметров и калибратора осциллографа импульсного устанавливают режим выдачи переменного синусоидального напряжения частотой 1 кГц и типа «меандр» (прямоугольные импульсы) соответственно. Измерения проводят для каждого канала при всех значениях коэффициента отклонения и не менее чем в пяти точках диапазона измеряемых осциллографом напряжений, включая две крайние точки. Высота изображения в начальной точке диапазона должна быть минимальной, для конечной точки должна составлять 100%, а для промежуточных точек 40-80% длины рабочего участка ЭЛТ по вертикали. 5.3.4 Погрешность коэффициента развертки определяют методом косвенного измерения действительного значения коэффициента развертки при помощи генератора сигналов, генератора импульсов и электронно-счетного частотомера и вычисляют по формуле (2) или методом прямых измерений при помощи калибратора осциллографов импульсного. Электронно-счетный частотомер используют при необходимости для повышения точности установки частоты (периода) сигналов генераторов. Поверяемый осциллограф переводят в режим внутреннего запуска устанавливают среднее значение коэффициента отклонения, амплитуду сигналов на выходе генератора, соответствующую не менее 40% рабочего участка ЭЛТ по вертикали, минимальное значение

коэффициента развертки, период сигнала, соответствующий одному делению шкалы ЭЛТ по горизонтали. Регулируя уровень синхронизации осциллографа, добиваются устойчивого изображения синусоидального сигнала на экране ЭЛТ. Изменяют частоту сигнала на выходе генератора и задержку развертки так, чтобы длина изображения, расположенного в начале рабочего участка ЭЛТ по горизонтали, четного числа периодов синусоидального сигнала lmin была равна наименьшей допустимой длине (lmin, деления). 5.3.5 Погрешность измерения временных интервалов определяют методом прямого измерения временных интервалов, задаваемых генератором сигналов или генератором импульсов, и вычисляют по формуле (2) или импульсным калибратором осциллографов. Поверяемый осциллограф и средства поверки переводят в режим внутреннего запуска, устанавливают среднее значение коэффициента отклонения, амплитуду сигналов, соответствующую 40 - 80% рабочего участка ЭЛТ по горизонтали. Измерения проводят для каждой развертки поверяемого осциллографа и не менее чем в пяти точках диапазона измеряемых временных интервалов, включая две крайние точки. Длина изображения в начальной точке диапазона должна быть минимальной, для конечной - должна составлять 100%, а для промежуточных точек – 40 - 80% рабочего участка ЭЛТ по горизонтали. Результаты измерений заносятся в протокол (приложение Б). ЗАДАНИЕ:

1. Ознакомиться с принципом действия осциллографа С1-72. 2. Выписать метрологические характеристики

осциллографа и провести нормирование метрологических характеристик, заполнить таблицу 1 Таблица 1 Наименов Наимено Единица Допускае ание СИ вание величин мое ы значение МХ

Группа нормирования, способ нормирование МХ

3. Определить каким способом проводится поверка СИ и определить каким критерием возможно проведение корректировки МПИ осциллографа 4. На основании государственной поверочной схемы, приведенной в приложении А, разработать локальную поверочную схему 5. Ознакомиться с методикой поверки осциллографа и провести поверку 6. Сделать вывод по результатам поверки прибора.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 ПОВЕРКА МИЛЛИВОЛЬТМЕТРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В3-41 ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомление с методикой поверки прибора «Милливольтметр В3-41» и проведение поверки. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ: Милливольтметр В3-41 предназначен для измерения синусоидального напряжения переменного тока от 0,3 мВ до 300 В в диапазоне частот от 20 Гц до 10 МГц. Прибор имеет отдельную шкалу проградуированную в децибелах. Уровень «0» децибел равен 0,775 В. Прибор может быть использован в качестве преобразователя переменного напряжения в постоянное по уровню эффективного значения синусоидального напряжения.

Общий вид прибора показан на рисунке 2.

Рисунок 2 – Общий вид прибора

ВИД ПРИБОРА СО СТОРОНЫ ПЕРЕДНЕЙ ПАНЕЛИ: 1- входное гнездо; 2- корректор механического нуля; 3- переключатель поддиапазонов измерения; 4- индикатор включения прибора; 5- тумблер включения и выключения прибора. ВИД ПРИБОРА СО СТОРОНЫ ЗАДНЕЙ ПАНЕЛИ: 1- выход широкополосного усилителя 150 мВ, 50 Ом; 2- выход преобразователя 1В, 1кОм; 3- счётчик времени наработки; 4- предохранитель; 5- клемма для заземления корпуса. 1 УCТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ПРИБОРА И ЕГО СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ

РАБОТЫ

Милливольтметр выполнен в виде переносного настольного прибора бесфутлярной конструкции. Основой конструкции являются передняя и задняя литые алюминиевые рамы, соединённые четырьмя стержнями. В рамы закреплены передняя и задняя суб- и фальшпанели. Прибор закрыт нижним и верхним кожухами. Спереди и сзади прибор закрыт крышками с резиновым уплотнением и замками. На внутренней стороне передней крышки расположены принадлежности и запасные части. Схема преобразователя импеданса, широкополосного усилителя с детектором и эмиттерного повторителя размещена на печатной плате, прикреплённой к каркасу с левой стороны. Два стабилизатора для питания схемы с выходными напряжениями +27 В (Ст1) и минус 27 В (Ст2) выполнены

в виде функциональных блоков и размещены на идентичных печатных платах, крепящихся к каркасу с правой стороны. Отдельно от стабилизаторов, на скобе, крепящейся к задней субпанели, расположены электролитические конденсаторы фильтра выпрямителя, С5 (Ст1, Ст2), входящие в схему стабилизаторов. На передней субпанели прибора расположены стрелочный отсчётный прибор, входное гнездо, ручка переключателя поддиапазонов измерения, тумблер и индикатор включения прибора. Элементы входного делителя размещены в экране, укреплённом на передней субпанели. Там же расположен предохранитель Пр1, защищающий входную цепь от перегрузок. На задней панели закреплены трансформатор, выходное гнездо широкополосного усилителя, выходные клеммы линейного преобразователя, держатель предохранителя Пр2, клемма заземления и счётчик времени (ресурсомер). Там же расположен ввод шнура питания. Вмонтированный в прибор электрохимический счётчик времени (ресурсомер) типа ЭСВ-2,5-27 предназначен для определения суммарного времени наработки прибора при его настройке, испытаниях и эксплуатации. Счётчик снабжён капиллярным микрокулометром, наполненным двумя столбиками ртути, разделённых зазором с электролитом. Зазором перемещается в правую сторону при включении прибора и, тем самым, отсчитывает проработанное время по шкале, расположенной под микрокулометром. Отсчёт наработанного времени производится по делению шкалы, против которого находится мениск (торец) левого столбика ртути.

Изменение направления отсчёта (реверсирование) возможно изменением полярности питания счётчика, при этом реверсирование должно проводиться при достижении зазором не более 90 – 95% от всей шкалы. Отсчёт в этом случае ведётся в обратном порядке. 2 УКАЗАНИЯ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ

Корпус прибора необходимо заземлить. Клемма для заземления корпуса прибора находится на задней панели. Нельзя снимать кожух, если прибор включен в сеть. Необходимо помнить, что прибором можно измерять напряжения только тех источников, один полюс которых подсоединён к нулевому потенциалу (заземлён). Нельзя эксплуатировать прибор при снятом кожухе. ИЗМЕРЯТЬ НАПРЯЖЕНИЕ В СЕТИ ПРИБОРОМ В3-41 НЕЛЬЗЯ. 3 ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

3.1 Расположение органов управления. Расположение органов управления прибора показано на рисунке 2. 3.2 Подготовка к измерениям. Перед включением прибора в сеть необходимо: - проверить наличие предохранителя; - заземлить корпус прибора; - проверить механический нуль прибора и, при необходимости, установить его корректором, расположенным в центре передней панели; поддиапазонов измерения - переключатель установить в положение 300 В; - включить прибор в сеть и дать ему прогреться 5 минут.

После этого прибор готов для проведения измерений. Для удобства проведения отсчета переднюю часть прибора можно приподнять с помощью откидывающейся скобы. 4 ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ПРИБОРА

Диапазон измеряемых напряжений от 0,3 мВ до 300 В перекрывается поддиапазонами 3; 10; 30; 100; 300 мВ и 1; 3; 10; 30; 100; 300 В. Диапазон частот, измеряемых прибором переменных напряжений, от 20 Гц до 10 МГц. Нормальная область частот 45 Гц – 1МГц. Погрешность прибора, выраженная в процентах от конечного значения рабочей части шкалы в рабочих областях частот, не превышает значений, указанных в таблице 4 Таблица 4 Поддиапазоны От 20 до напряжений с 30 Гц верхними пределами

3 мВ – 1 В 3 В – 300 В

± 6,0 ± 10,0

Свыше 30 Свыше 1 до 45 Гц до 5 МГц

Свыше 5 до 10 МГц

Погрешность, % ± 4,0 ± 6,0

± 4,0 ± 6,0

± 6,0 ± 10,0

Нормальные условия эксплуатации: - температура 293 ± 5 К (20 ± 50 С); относительная влажность воздуха 65 ± 15%; атмосферное давление 100 ± 4 кПа (750 ± 30 мм рт.ст.);

-

напряжение сети питания 220 ± 4,4 В; 50 ± 0,5

Гц. Рабочие условия эксплуатации: температура от 243 К (минус 30 0 С ) до 323 К (50 0 С); относительная влажность воздуха до 98% (при температуре 35 0 С); атмосферное давление от 61 до 104 кПа (460780 мм рт. ст.); напряжение сети частотой 50 ± 0,5 Гц 28 Гц 220 ± 11 В. 220 ± 22 В, частотой 400 +−12 Дополнительная погрешность, вызванная отклонением формы кривой измеряемого напряжения от синусоидальной, не превышает величины ∆ в процентах, которая определяется по формуле: ∞

∆=

∑U k =2

U1

k

100% (3)

где ∆ - дополнительная погрешность в %; U1 - амплитуда первой гармоники; U k - амплитуда гармонической составляющей; k - номер гармоники. Дополнительной погрешностью можно пренебречь при ∆ менее 0,5 основной погрешности. Прибор сохраняет свои технические характеристики в пределах норм при питании его от сети переменного тока напряжением 220 ± 22 В частотой 50 ± 0,5 Гц или 220 ± 28 Гц и содержанием гармоник до 5%. 11 В частотой 400 +−12

Прибор допускает непрерывную работу в рабочих условиях в течение 16 часов при сохранении своих технических характеристик. Мощность, потребляемая прибором от сети при номинальном напряжении, не превышает 15 В·А. Время прогрева – 5 минут. 5 УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПОВЕРКИ

Поверка милливольтметра В3-41, должна проводиться согласно ГОСТ 8.118-85 «Вольтметры электронные аналоговые переменного тока. Методика поверки». Объём периодической и послеремонтной поверки приведён в таблице 5. 5.1 Операции и средства поверки. При проведении поверки должны выполняться операции и применяться средства поверки, указанные в таблице 5. Таблица 5 Операции поверки № Средства поверки и их п/п нормативно-технические характеристики Внешний 6.1 осмотр 6.2 Установка для поверки Опробование вольтметров В1-9, выходное напряжение 100 мВ-100 В, частота 20 Гц-100 кГц,  0,0003   % ±  0,3 + U ном  

Определение метрологических параметров Определение диапазона и пределов поддиапазонов измерения, диапазона частот измеряемых прибором переменных напряжений и нормальной области частот.

6.3 а Определяются одновременно с определением основной погрешности и погрешности в рабочих областях частот

Определение основной погрешности при частоте 1000 Гц

6.3 б

Определение погрешности в рабочей области частот

6.3 в

Установка для поверки вольтметров В1-9

При проведении поверки должны соблюдаться следующие условия: температура 293 ± 5 К (20 ± 50 С); относительная влажность воздуха 65 ± 15%; атмосферное давление 100 ± 4 кПа (750 ± 30 мм рт. ст.); напряжение сети 220 ± 4,4 В. -

Перед проведением поверки необходимо выполнить следующие подготовительные работы: заземлить поверяемый прибор и средства поверки; - установить, при необходимости, корректором механический нуль показывающего прибора; включить прибор и дать ему прогреться в течении 5 минут. 6 МЕТОДИКА ПОВЕРКИ

Поверка милливольтметра В3-41, должна проводиться в соответствии с требованиями настоящего раздела и действующей нормативно-технической документацией. 6.1 Внешний осмотр. При проведении внешнего осмотра устанавливаются: соответствие прибора комплектности; отсутствие механических повреждений, влияющих на точность работы прибора; чёткость фиксации переключателя; состояние кабелей, гнёзд и клемм. 6.2 Опробование. Подать на вход прибора от установки В1-9 напряжение на одном из поддиапазонов 3 мВ-300 В, частоты 1 кГц, соответствующее верхнему пределу установленного поддиапазона и определить погрешность прибора. Погрешность прибора при этом не должна превышать ± 2,5% на поддиапазонах от 3 мВ до 1 В и ± 4,0% на поддиапазонах от 3 до 300 В. 6.3 Определение метрологических параметров: а) диапазон и пределы поддиапазонов измерения, диапазон и нормальная область частот измеряемых

прибором напряжений поверяются одновременно с определением основной погрешности и погрешности в рабочих областях частот; б) основная погрешность прибора на частоте 1000 Гц определяется на поддиапазоне 100 мВ на всех числовых отметках шкалы. На верхних пределах поддиапазонов кратных 10 поверка производится на конечной отметке шкалы «10», а кратных 3 – на отметке «30». в) погрешность в рабочих областях частот определяется в поддиапазонах с верхними пределами от 3 мВ до 3 В на частотах 20, 30, 45 Гц и 1, 100 кГц. Погрешность определяется в поддиапазонах с верхними пределами от 3 мВ до 1 В на отметках шкалы «10» для (поддиапазонов, кратных 10) и «31,6» (для поддиапазонов, кратных 3) посредством сравнения показаний поверяемого и образцового приборов. 6.4 Оформление результатов поверки. 6.4.1 Результаты поверки заносятся в соответствующую таблицу формуляра, в формуляре производят отметку о поверке и приборы, соответствующие требованиям настоящих указаний по поверке, признаются годными и подлежат клеймению. 7 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ Относительную погрешность ∆ отн рассчитывают: U − Uф ∆ отн = к 100% (4) Uк U r - конечный предел шкалы, В; U ф - фактическое значение, В. 8 ПРОТОКОЛ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

Частота, Предел Поверяе Показания ∆отн, Допускае мая изме% f мые точки, Uф погрешн рения, мВ, В поверяемого ость,% мВ, В прибора, мВ, В

По результатам поверки делается вывод и заполняется протокол. ЗАДАНИЕ: 1 Ознакомиться с принципом действия милливольтметра 2 Выписать метрологические характеристики осциллографа и провести нормирование метрологических характеристик, заполнить таблицу 3 Наименов Наимен Мера, Допускае Нормирова ание СИ ование единица мое ние МХ МХ измерен значение ия

3 Определить каким способом проводиться поверка СИ 4 Определить каким критерием проводится корректировка МПИ милливольтметра 5 На основании государственной поверочной схемы, приведенной в приложении А, разработать локальную поверочную схему 6 Ознакомиться с методикой поверки милливольтметра и провести поверку 7 Сделать вывод по результатам поверки прибора.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

характеристики называются 1. Какие метрологическими характеристиками средств измерений? 2. Назначение приборов 3. Устройство приборов 4 Какими эталонами можно определить действительные значения метрологических характеристик РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

ГОСТ 8.009 – 84 «ГСИ. Нормируемые 1. метрологические характеристики средств измерений» ГОСТ 8.311-78 «Осциллографы электронно2. лучевые универсальные. Методы и средства поверки» ГОСТ 8.118 – 85 «Вольтметры электронные 3. аналоговые переменного тока. Методика поверки». Артемьев Б.Г., Голубев С.М. Справочное 4. пособие для работников метрологических служб. – М., 1990, Кн. 1,2. Малинский В.Д. Метрология, стандартизация 5. и управление качеством. – М., 2002 Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и 6. управление качеством. – М., 1990 Шишкин И.Ф. Прикладная метрология. – М., 7. 1990

Приложение Б Государственная поверочная схема осциллографа С1-72

Приложение В Государственная поверочная схема милливольтметра В3-41

Приложение Г ПРОТОКОЛ № ________ от_______________ 200 г. калибровки осциллографа тип_______№____выпуска_____принадлежащего ___ Причина калибровки ____________________________ Средства калибровки____________________________ Условия калибровки____________________________ Внешний осмотр, опробование ______ Вывод _____ 1. Определение ширины линии луча допуск < __________ Вывод _______ 2. Определение параметров переходной характеристики Допуск tн (время нарастания)≤ tу (время установления)≤ δв (величина выброса на Пх)≤ δн (неравномерность вершин)≤ Коэффициент отклонения 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1 2 5 tн (нс) tу (нс) ∆в (%) ∆н (%) Вывод________________ 3. Определение калиброванных коэффициентов отклонения допуск________________ В/дел. Погрешность, % 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 3 6 5 Вывод ______________ 5. Определение погрешности калиброванных коэффициентов развертки допуск _______________ мкс/дел. мс/дел. 0,1 0,2 1 2 5 10 20 50 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 погрешность, % 4 6 10 Вывод__________________ Заключение______________ Поверитель______________ Дата «___» ______________ 200 г.