Методы и средства измерений, контроля и испытаний: Методические указания к выполнению лабораторных работ

Федеральное агентство по образованию ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Методы и средства измерений, контроля и испытаний» для студентов направления 200500 «Метрология, стандартизация и сертификация» по специальностям 200501 «Метрология и метрологическое обеспечение» и 200503 «Стандартизация и сертификация» дневной, заочной и ускоренной форм обучения

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ, КОНТРОЛЯ И ИСПЫТАНИЙ Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов направления 200500 «Метрология, стандартизация и сертификация» по специальностям 200501 «Метрология и метрологическое обеспечение» и 200503 «Стандартизация и сертификация» дневной, заочной и ускоренной форм обучения

Составители: Жаргалов Б.С., Сыремпилова С.Г., Федорова Д.Ц.

Рецензент: к.т.н., доц. Хамханова Д.Н Редактор: Белоплотова Е. Составители: Жаргалов Б.С. Сыремпилова С.Г. Федорова Д.Ц.

Подписано в печать 14.06.2006 г. Формат 60х84 1/16 Усл. п. л. 2.32, уч. -изд. л. 0,9.Печ. офсет. Бум. писчая. Электронный вариант. Заказ № 112 Издательство ВСГТУ. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40,в

Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2006

© ВСГТУ, 2006

Печатается по решению редакционно-издательского совета ВСГТУ

Настоящие методические указания предназначены для студентов специальностей 200501 для выполнения практических работ по дисциплине «Методы и средства измерений, контроля и испытаний» дневной, заочной и ускоренной форм обучения. Выполняемые практические работы способствуют углублению и закреплению знаний, а также получению практических навыков разработки методик выполнения измерений (МВИ) физических величин и оформления документов на МВИ.

Ключевые слова: Методика выполнения измерений, Международная система единиц, аттестация МВИ, влияющие факторы

Общие положения Анализ причин появления погрешностей измерений, выбор способов их обнаружения и уменьшения являются одними из основных этапов процесса измерений. Погрешности измерений, принято делить на систематические и случайные. Большинство систематических погрешностей может быть выявлено и оценено путём теоретического анализа свойств объекта исследования, условий измерений, особенностей метода, характеристик применяемых средств измерений, априорной информации и другое. Случайные погрешности, в отличие от систематических, нельзя заранее выявить и устранить до и в процессе измерения. Их влияние на результат измерения можно уменьшить путём проведения измерений с многократными наблюдениями и последующей обработки результатов таких измерений. По характеру изменения систематические погрешности делятся на постоянные и переменные. Последние, в свою очередь, подразделяются на периодические и прогрессирующие. К постоянным погрешностям относятся, например, погрешности, связанные с неточной градуировкой шкалы прибора, отклонением размера меры от номинального значения, неточным выбором моделей объектов. Периодической называется погрешность, изменяющаяся по периодическому закону, например, погрешность отсчёта при определении времени по башенным часам, если смотреть на стрелку снизу. Прогрессирующими называются погрешности, монотонно изменяющиеся (увеличивающиеся или уменьшающиеся) в общем случае по сложному, обычно неизвестному закону.

По причине возникновения погрешности изменений физических величин разделяются на три основные группы: методические, инструментальные и погрешности взаимодействия. Методические погрешности обусловлены неадекватностью принимаемых моделей реальным объектом, несовершенством методов измерений, упрощением зависимостей, положенных в основу измерений, неопределённостью объекта измерения. Инструментальные погрешности обусловлены прежде всего особенностями используемых в средствах измерений принципов и методов измерений, а также схемным, конструктивным и технологическим несовершенством средств измерений. Погрешности взаимодействия обусловлены взаимным влиянием средства измерений, объекта исследования и экспериментатора. Совместными усилиями учёных разных стран была разработана наиболее совершенная в настоящее время форма метрической системы мер - Международная система единиц (СИ). Её основными преимуществами является универсальность (она охватывает все области измерений), согласованность (все производные единицы образованы по единому правилу, исключающему появление в формулах коэффициентов, что существенно упрощает расчёты) и возможность создания новых производных единиц по мере развития науки и техники на основе существующих единиц физических величин. Достоинством системы является также чёткое разделение понятий массы, веса и силы благодаря введению различных по наименованию единиц: килограмм – единица массы; ньютон – единица силы и веса. Изъятие

единицы силы и веса – килограмм – сила (кгс) – позволяет избежать смешения понятий массы и веса. Основные и производные единицы СИ. Международная система единиц в нашей стране введена в действие ГОСТ 8.417-81 (СТ СЭВ 1052-78) «ГСИ. Единицы физических величин». Основные единицы СИ включают: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела. СИ включают в себя две дополнительные единицы плоского (радиан) и телесного (стерадиан) углов. Производные единицы СИ следует образовывать из основных и дополнительных единиц СИ по правилам их образования. Методики выполнения измерений разрабатываются с целью обеспечения выполнения измерений с точностью, не превышающей требуемой в соответствии с ГОСТ Р 8.56396 «ГСИ. Методики выполнения измерений». Процедура разработки МВИ в общем виде показана на рисунке 1.

Разработка, согласование и утверждение ТЗ

Формирование исходных данных для разработки

Выбор (разработка) метода и средств измерений, проведение метрологических исследований

Проведение испытаний и утверждение типа средств измерений

Выбор (разработка) методов и средств поверки (калибровки используемых СИ)

Разработка методов оперативного контроля точности измерений

Разработка и экспертиза документа на МВИ

Аттестация МВИ

Стандартизация МВИ

Утверждение документа на МВИ

Рисунок 1 – Процедура разработки МВИ

Разработка методики выполнения измерений (МВИ) осуществляется на основе исходных данных, которые включают: - назначение МВИ; - нормы точности измерений; - условия измерений. Основными этапами разработки МВИ являются: - выбор методов и средств измерений (в том числе стандартных образцов, аттестованных смесей), вспомогательных и других технических средств; - установление последовательности и содержания операции при подготовке и выполнении измерений, обработке промежуточных результатов и вычислений окончательных результатов измерений; - установление норм точности измерений; - разработка нормативов и процедур контроля точности получаемых результатов измерений; - разработка документа на МВИ; - метрологическая экспертиза проекта документа на МВИ; - аттестация МВИ; - стандартизация МВИ. В ГОСТ 8.010-72 установлены общие требования к разработке НТД на МВИ, а в ГОСТ 8.467-82 требования к их построению и содержанию. Различают типовые и частные (конкретные, рабочие) МВИ. Типовые МВИ могут предусматриваться различные варианты, применяемых методов, средств и условий выполнения измерений, форм представления их результатов, алгоритмов подготовки и выполнения измерений, то есть они содержат требования, подлежащие конкретизации в частной (конкретной, рабочей) МВИ. Стандартизация и аттестация являются различными формами регламентации МВИ и обращение к той или иной

форме ставится в зависимость от условий и области применения данной методики. МВИ, носящая типовой характер, подлежит стандартизации. Допускается регламентация типовых МВИ соответствующими разделами стандартов технологических процессов, методов испытаний и контроля продукции, методов и средств поверки средств измерений. Типовые МВИ могут также регламентироваться в разделе ТУ «Методы контроля (испытаний, анализа, измерений)». Регламентируя требования к цели, объектам, условиям, методам, средствам, алгоритмам измерений и контролю измерений влияющих величин, МВИ позволяют получить результат измерений с требуемой точностью. Частные (конкретные, рабочие) МВИ устанавливают конкретные правила, которыми должен руководствоваться оператор, обеспечивающий выполнение измерений, а также конкретные требования к методу, средствам и условиям измерений и даётся оценка погрешности измерений в виде числовых значений показателей точности измерений. Частные (конкретные, рабочие) МВИ подлежат аттестации и регламентируются в виде аттестатов. Аттестат выпускается, как правило, для измерения с помощью конкретных средств измерений в конкретных условиях. Аттестат МВИ – рабочий документ, устанавливающий конкретные требования к цели, объекту, условиям, допущениям, средствам и алгоритмам измерений, контролю изменения влияющих величин и другим факторам, влияющим на результат измерений. Он удостоверяет, что соблюдение данных требований обеспечит выполнение измерений с погрешностью, не превышающей указанной в нём. Общая характеристика влияющих факторов может быть дана под разными углами зрения: внешние и

внутренние, случайные и неслучайные, последние постоянные и меняющиеся во времени и т.д. Априорные факторы включают: − влияние на результат измерения качества и количества информации об измеряемом размере. Чем ее больше, чем выше ее качество - тем точнее результат измерения. Накопление априорной информации - один из путей повышения точности результатов измерений. − влияние того очевидного факта, что модель не может в точности соответствовать объекту. Например, длина металлического стержня, моделью которого служит правильный цилиндр, в разных точках концевых сечений отличается от длины образующей. Подобного рода обстоятельства выявляются при постановке любых измерительных задач. − влияние теоретических допущений и упрощений, лежащих в основе метода измерений. При взвешивании грузов, например, пренебрегают уменьшением веса гирь на величину выталкивающей силы по закону Архимеда, при электрических измерениях часто пренебрегают паразитными емкостями, индуктивностями и сопротивлениями подводящих проводов. Нередко метод измерений бывает основан на физической закономерности, не точно передаваемой аналитическим выражением, или на приближенной эмпирической формуле. Все это, естественно, сказывается на результате измерения. − влияние несовершенства измерительного инструмента или прибора, которое может быть как следствием некачественного его изготовления, так и результатом длительной эксплуатации. При изготовлении весов, например; всегда допускается некоторая неравноплечесть коромысла, полностью устранить которую путем регулировки не удается. Масса гирь при их серийном производстве отличается от номинала. Отметки шкал

показывающих приборов не вполне точно соответствуют измеряемым значениям и т.д. В процессе эксплуатации происходит старение материалов, возникает износ механизмов и деталей, развиваются люфты, зазоры, случаются скрытые метрологические отказы (выходы метрологических характеристик за пределы установленных для них норм). Понятно, что результат измерения находится в прямой зависимости от этих факторов. В процессе измерения: − неправильная установка и подготовка к работе средств измерений, принцип действия которых в той или иной степени связан с механическим равновесием, приводит к искажению их показаний. К подобным средствам измерений относятся равноплечие весы, приборы, в конструкцию которых входит маятник (например, испытательные машины с маятниковым силоизмерителем), приборы с подвешенной подвижной частью (например, гальванометры) и др. Многие из них для установки в правильное положение снабжаются уровнями (отвесами, ватерпасами). − влияние средства измерений на объект может до неузнаваемости изменить реальную картину. Например, при измерении ртутным термометром температуры жидкости в пробирке термодинамическое равновесие устанавливается при температуре, близкой к температуре ... термометра. Перераспределение токов и напряжений в электрических цепях при подключении электроизмерительных приборов иногда оказывает заметное влияние на результат измерения. Помещение первичного измерительного преобразователя в ламинарное течение делает его турбулентным и т.д. − влияние климатических (температура окружающей среды, относительная влажность воздуха, атмосферное давление), электрических и магнитных (колебания силы

электрического тока или напряжения в электрической сети, частоты переменного электрического тока, постоянные и переменные магнитные поля и др.), механических и акустических (вибрации, ударные нагрузки, сотрясения) факторов, а также ионизирующих излучений, газового состава атмосферы и т.п. принято относить к условиям измерений. Такие условия, влиянием которых на результат измерения можно пренебречь, называются нормальными. Им соответствуют номинальные значения влияющих физических величин. На практике обеспечить номинальные значения влияющих величин бывает довольно сложно. Поэтому обычно устанавливают пределы нормальной области значений влияющих величин, когда их влиянием на результат измерения можно пренебречь. Так, например, нормальными условиями измерений во многих случаях считаются: температура (293+5) К; атмосферное давление (100±4) кПа; относительная влажность (65±15)%; напряжение в электрической цепи 220 В±10%. Если измерения выполняются за пределами нормальной области значений влияющих величин в так называемых рабочих условиях, то влияние условий измерений на результаты учитывается с помощью функций влияния. − Случайные внешние помехи и внутренние шумы измерительных приборов оказывают непредсказуемое совместное влияние на результат измерения, вследствие чего он имеет стохастическую природу. − Квалификация и психофизическое состояние персонала (или оператора), выполняющего измерение (знания, умения и навыки, сосредоточенность, внимательность, уравновешенность, добросовестность,

самочувствие, острота зрения и многое другое), имеют большое значение. После измерения: − От правильной обработки экспериментальных данных во многом зависит результат измерения. Технические средства, используемые для обработки экспериментальных данных, не дают новой измерительной информации. Они лишь помогают с большим или меньшим успехом извлекать ее из экспериментальных данных и тем самым оказывают влияние на результат измерения. Неграмотные или безответственные действия персонала (оператора) при обработке экспериментальных данных могут свести на нет любые усилия, затраченные на их получение. Цель практических работ. Основной целью данных практических работ является знакомство и изучение методик выполнения измерений (МВИ) физических величин и оформления документов на МВИ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ НА МИЛЛИВОЛЬТМЕТРЕ В3-41 Цель: Ознакомиться и изучить методику выполнения измерений на милливольтметре В3-41 1 УCТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ПРИБОРА И ЕГО СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ

РАБОТЫ

1.2 Устройство и принцип работы прибора В3-41 и его составных частей Милливольтметр В3-41 состоит из входного делителя (ДН), преобразователя импеданса (ПИ), аттенюатора (А), широкополосного усилителя (ШУ) с детектором (Д), эммитерного повторителя (ЭП), отсчётного прибора (ИП), блока питания (БП), показанных на структурной схеме прибора (рисунок 1). Входной делитель расположен между входом прибора и преобразователем импеданса. Коэффициент деления 1: 316. Переключение плеч делителя происходит при переходе с поддиапазона измерения 1 В на поддиапазон 3 В. Для точной установки коэффициента деления в его нижнее плечо включен потенциометр R3. Преобразователь импеданса (ПИ) служит для получения требуемого входного импеданса милливольтметра и согласования высокого входного сопротивления прибора с низким сопротивлением аттенюатора. Он выполнен на трёх транзисторах Т1-Т3, первый из которых Т1 является полевым. Глубокая отрицательная обратная связь по переменному напряжению с эмиттера Т3 на исток полевого транзистора Т1 обеспечивает хорошую временную

стабильность и требуемый входной импеданс милливольтметра. Диоды Д1 и Д2 и стабилитроны Д4 и Д6 ограничивают напряжение на затворе Т1 и служат для защиты ПИ. Для защиты от перегрузок, на входе ПИ, имеется плавкий предохранитель на ток 0,05 А. Коэффициент передачи ПИ, близок к единице. За ПИ следует шестиступенчатый аттенюатор, который выполнен на точных высокочастотных резисторах С2-10. Входное сопротивление аттенюатора около 520 Ом. На поддиапазоне измерения 3 мВ коэффициент передачи аттенюатора равен единице. Резисторы R27 и R34 служат для согласования выхода ПИ со входом ШУ на поддиапазоне 3 мВ. Конденсатор С17 служит для коррекции частотной характеристики поддиапазона 3 мВ на частоте 10 МГц. Широкополосный усилитель собран на пяти транзисторах Т5-Т9. Транзистор Т4 является активным сопротивлением фильтра, сглаживающего пульсации питающего напряжения. Выходной каскад усилителя собран по схеме каскадного усилителя (общий эмиттер общая база) на транзисторах Т8, Т9. ШУ охвачен общей отрицательной обратной связью по переменному напряжению с выхода усилителя через детектор на эмиттер транзистора Т5. Коэффициент усиления ШУ около 300. Двухполупериодный мостовой детектор Д, собранный на диодах Д15 и Д16, является нагрузкой ШУ. Для линеаризации шкалы и повышения стабильности детектор включён в цепь общей отрицательной обратной связи усилителя. Особенностью детектора является наличие в измерительной диагонали моста развязывающего транзистора Т12.

Этот транзистор даёт возможность заземлить одну из клемм стрелочного прибора ИП и, тем самым, повысить устойчивость прибора к самовозбуждению и уменьшить чувствительность к наводкам.

Рисунок 2 – Структурная схема К базе транзистора Т12 подключён стрелочный отсчётный прибор ИП. Последовательно с миллиамперметром включены резисторы R72 и R73, обеспечивающие выходной импеданс линейного преобразователя 1 кОм. Линейность передаточной характеристики детектора зависит от глубины обратной связи ШУ. На частотах до 1 МГц характеристики практически линейна по всей шкале отсчётного прибора. На частоте 10 МГц из-за меньшей глубины обратной связи нелинейность шкалы в точке 1/10 составляет около 3%, а в точке 1/3 – около 2% от установленного поддиапазона измерения.

Для получения выхода усилителя по переменному току имеется сдвоенный эмиттерный повторитель на двух транзисторах Т10 и Т11. Сигнал на вход эмиттерного повторителя поступает из цепи обратной связи широкополосного усилителя с детектором. При помощи переменного резистора R10 регулируется потенциал базы транзистора Т10 и, тем самым, устанавливается нулевой потенциал по постоянному току на выходном гнезде. Питание ПИ и ШУ осуществляется от двух электронных стабилизаторов +27 В (Ст1) и минус 27 В (Ст2), собранных по одинаковой схеме с регулируемым выходным напряжением. Схема стабилизатора последовательного типа. Регулирующим элементом является транзистор Т1, а усилителем – транзистор Т2. Для получения опорного напряжения применены два стабилитрона Д1, Д2. Цепь R6, R7 и C3 служит для уменьшения пульсации. Выходное напряжение регулируется резистором R2. Прибор имеет выход по постоянному току, выведенный на клеммы, расположенные на задней панели прибора и выход по переменному току, выведенный на коаксиальное гнездо, расположенное также на задней панели. 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 плюс 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. ЗАДАНИЕ: 1. Ознакомиться с принципом действия милливольтметра, и объяснить каким образом проводится преобразование выходного переменного напряжения. 2. Факторы, влияющие на результаты измерения 3. Выписать метрологические характеристики вольтметра 4. Заполнить таблицу 1 Таблица 1 Физи- Единица ческая физивеличи ческой на величины

К какой группе единиц SI относится физическая величина

ОпреФорделение мула нафизическ хожой вели- дения физичес чины кой величины

5. По МВИ, приведённой в приложении А, провести не менее 15 измерений синусоидального напряжения переменного тока от 3 мВ в диапазоне частот от 20 Гц до 10 МГц. 6. Обработать результаты измерений по методике приведённой в приложении А. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 2 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ НА ОСЦИЛЛОГРАФЕ С1-72 Цель: Ознакомиться и изучить методику выполнения измерений на осциллографе С1-72 1 УСТОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ Принцип действия осциллографа поясняется блоксхемой приведенной в приложении В. Исследуемый сигнал подается на входное гнездо “Вход Y”. При помощи входного аттенюатора, который представляет собой частотно-компенсированный делитель напряжения, выбирает величину сигнала, удобную для наблюдения и исследования на экране ЭЛТ. Через аттенюатор сигнал поступает на предварительный усилитель, в котором происходит основное усиление сигнала. Для возможности исследования и наблюдения среднего фронта коротких импульсов на выходе предварительного усилителя включена линия задержки. Оконечный усилитель канала УВО (усилитель вертикального отклонения) усиливает исследуемый сигнал до величины, достаточной для нормального наблюдения

на экране ЭЛТ. С предварительного усилителя вертикального отклонения исследуемый сигнал поступает на вход схемы синхронизации и запуска развертки. Для запуска развертки может быть использован внешний сигнал, поданный на гнездо "ВХОД СИНХ.". Схема синхронизации и запуска развертки вырабатывает прямоугольные импульсы постоянной амплитуды независимо от величины и формы приходящего на вход сигнала. Благодаря этому достигается устойчивый запуск генератора развертки, вырабатываемый пилообразное напряжение. Линейно изменяющееся напряжение с генератора развертки поступает на усилитель развертки, где усиливается до необходимой величины. С выхода усилителя развертки пилообразное напряжение подается на горизонтально-отклоняющие пластины. В приборе предусмотрена возможность подачи внешнего сигнала на усилитель развертки при подаче его на гнездо "ВХОД СИНХ.", при этом усилитель развертки отключается от схемы генератора развертки. Схема управления лучом ЭЛТ вырабатывает прямоугольные импульсы, которые поступают на бланкирующие пластины и используются для гашения луча ЭЛТ во время обратного хода развертки. Калибратор вырабатывает прямоугольные импульсы, которые используются для калибровки коэффициента развертки и калибровки коэффициента отклонения. Узел питания обеспечивает питающими напряжениями всю схему прибора. ЗАДАНИЕ: 1. Ознакомиться с принципом действия осциллографа С1-72 и объяснить принцип работы

2. Факторы, влияющие на результаты измерения 3. Выписать метрологические характеристики осциллографа 4. Заполнить таблицу 1 Таблица 1 Единица Физическая физивеличина ческой величины

К какой группе единиц SI относится физическая величина

5. По МВИ, приведённой вычислить погрешность.

Формула Опренахожделение дения физическ ой вели- физическ ой величины чины в

приложении

Б,

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1 Чем отличается предел измерений средств измерений от диапазона измерений ? 2 Какая погрешность влияет на результат измерений, при работе с данным прибором? 3 Достоинства международной системы единиц? 4 Основные и производные единицы СИ? 5 К каким единицам СИ относятся единицы измеряемой физической величины? 6 Перечислите основные виды измерительных шкал? 7 Что такое вариация показаний измерительного прибора? 8 Какие существуют методы измерений? 9 Что входит в понятие измеряемая величина?

ПРИЛОЖЕНИЕ А Погрешность, % ДОКУМЕНТ НА МВИ Вводная часть Настоящее описание МВИ устанавливает методику выполнения измерений синусоидального напряжения переменного тока от 0,3 мВ до 300 В в диапазоне частот от 20 Гц до 100 кГц. 1 НОРМЫ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ Реализация данной методики выполнения измерений обеспечивает выполнение измерений с максимально допустимым отклонением показания средств измерений от измеряемого значения. Основная погрешность прибора в нормальной области частот, выраженная в процентах от конечного значения рабочей части шкалы, не превышает ± 2,5% в поддиапазонах с верхними пределами от 3 до 300 В. Погрешность прибора, выраженная в процентах от конечного значения рабочей части шкалы в рабочих областях частот, не превышает значений, указанных в таблице 1.

3мВ – 1В 3В – 300 В

± 6,0 ± 10,0

± 4,0 ± 6,0

± 4,0 ± 6,0

± 6,0 ± 10,0

2 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

При выполнении измерений применяют следующее средство измерения, приведённое в таблице 2. Таблица 2 № Порядковый номер и Обозначение Наименование наименование стандарта, ТУ и типа измеряемой средства измерений средства измерений величины технического либо его средства метрологические характеристики или ссылка на чертёж или приложение 1 Милливольтметр Паспорт СинусоидальВ3-41 ное напряжение переменного тока

Таблица 1 3 МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ Поддиапазо- от 20 до Свыше 30 Свыше 1 Свыше 5 30 Гц до 45 Гц до 5 МГц до10МГц ны напряжений с верхними пределами Продолжение таблицы 1

Измерение напряжения определяют методом непосредственной оценки, который даёт значение измеряемой величины непосредственно по отсчётному устройству измерительного прибора прямого действия. Точность измерений с помощью этого метода бывает

ограниченной, но быстрота процесса измерения делает его незаменимым для практического применения. 4 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении измерений синусоидального напряжения переменного тока соблюдаются следующие требования: - к работе с приборами допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности с электрическими приборами; - корпус прибора В3-41 необходимо заземлить. Для этого на задней панели прибора размещена клемма защитного заземления; - необходимо помнить, что прибором можно измерять напряжение 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. 5 ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ОПЕРАТОРОВ

К выполнению измерений и обработке их результатов допускают лиц, имеющих среднетехническое образование, а также имеющих неполное высшее образование. 6 УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

При выполнении измерений соблюдают 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, 50 ± 0,5 Гц. 7 ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ

Рисунок 1 – Общий вид прибора 7.1 Расположение органов управления. Расположение органов управления прибора показано на рисунке 1. 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. 7.2 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. 8 ВЫПОЛНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

Выполнить не менее 15 измерений и обработать полученные данные. 9 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

9.2 Обработку экспериментальных данных следует осуществлять по алгоритму, представленному на рисунке 2. 9.3 Обнаружение и исключение ошибок произвести по правилу трёх сигм. 9.4 Дальнейшую обработку провести в зависимости от результатов проверки о нормальности закона распределения вероятности по указанному ниже алгоритму (рисунок 2).

Рисунок 2

ПРИЛОЖЕНИЕ Б ДОКУМЕНТ НА МВИ

Вводная часть Настоящее описание МВИ устанавливает методику выполнения измерения временных интервалов. 1 НОРМЫ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

Реализация данной методики выполнения измерения обеспечивает выполнение с максимально допустимыми погрешностями не превышающими ±10 % 0,05 µs – 5 мс и ±20 % 10 мс – 50 мс 2. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

При выполнении измерений применяют следующие средства измерений, приведенные в таблице 1 № 1 2

Таблица 1 Наименование средств измерений технического средства Осциллограф С1-72 Калибратор осциллографов импульсный И1-8

Обозначение стандарта ГОСТ 8.311-78 Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.082.024 ТО

3 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Погрешность измерения временных интервалов определяют методом прямого измерения временных интервалов, задаваемых генератором сигналов или генератором импульсов или импульсным калибратором осциллографов. 4 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении измерений соблюдают следующие требования: - к работе с приборами допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности с электрическими приборами; - корпус приборов должен быть заземлен: 5 ТРЕБОВАНИЯ ОПЕРАТОРОВ

К

КВАЛИФИКАЦИИ

К выполнению измерений и обработке их результатов допускают лиц, имеющих среднетехническое образование (техник-технолог), а также имеющих неполное высшее образование. 6 УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

При выполнении измерений соблюдают следующие условия: напряжение сети 220 В ± 10 %; температура окружающего воздуха от минус 10 до плюс 40º С; относительная влажность воздуха до 90 % при температуре плюс 25 %; атмосферное давление 750 ± 30 мм. рт. ст.

7 ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ

При подготовке к выполнению измерений проводят следующие работы: 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 усилителя

вертикального отклонения (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. До включения калибратора произведите следующие операции:

соедините клемму “ ” с шиной защитного заземления; проверьте правильность установки переключателя номинальных напряжений сети; убедитесь в наличии сетевого предохранителя; подключите сетевой соединительный шнур к розетке “СЕТЬ” калибратора; подключите вилку сетевого соединительного шнура к розетке питания. включите тумблер “СЕТЬ”. 8 ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

При выполнении измерений погрешности временных интервалов выполняют следующие операции: 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. 9 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Относительную погрешность осциллографа δА процентах определяют по формуле:

в

δА где

Аном − Ад Аном

,

Аном - номинальное значение параметра Ад – действительное значение параметра

ПРИЛОЖЕНИЕ В

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1 Артемьев Б.Г., Голубев С.М. Справочное пособие для работников метрологических служб. – М.: Издательство стандартов, 1990 – кн. 1, 2. 2 ГОСТ Р 8.563-96 «ГСИ. Методики выполнения измерений». 3 ГОСТ 8.417-81 (СТ СЭВ 1052-78) «ГСИ. Единицы физических величин». 4 Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и управление качеством – М.: Издательство стандартов, 1990. 5 Шишкин И.Ф. Лекции по метрологии. – М.: «Татьянин день», 1993.