Проверка манометра типа МЭД: Методические указания к лабораторной работы по курсу ''Методы и средства измерений, испытаний и контроля''

Министерство образования Российской Федерации ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра метрологии, стандартизации и сертификации

В.А Никитин Н.А. Бобылева

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ для лабораторной работы по курсу "Методы и средства измерений, испытаний и контроля"

Поверка манометра типа МЭД

Оренбург 2000

ББК 30.10 Я7

Н-62 УДК 389 (07)

Поверка манометра типа МЭД Введение Важнейшими проблемами стоящими перед нашей страной, являются повышение качества выпускаемой продукции, ресурсосбережение, охрана окружающей среды. Успешное их решение во многом зависит от уровня метрологии. Это связано в первую очередь с тем, что измерения - единственный способ получения количественной информации о величинах, характеризующих те или иные явления и процессы в любой отрасли знания и производства. Оценка точности производимых измерений, то есть качество этой информационной продукции, имеет как теоретическое, так и прикладное значение сложная задача, и решение её лежит в сфере метрологического обеспечения. Основной задачей измерений является получение информации о значениях физической величины в виде некоторого числа принятых для неё единиц. Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений, а также размером допускаемых погрешностей. В данной лабораторной работе представлены методы проведения поверки манометра типа МЭД. ГОСТ 8.271-77 "Средства измерений давления. Термины и определения" устанавливает термины и определения понятий в области средств измерений давления. Прибор для измерения давления - манометр согласно ГОСТу 8.271-77, манометр - измерительный прибор или измерительная установка для измерения давления или разности давлений. Цель работы ознакомиться с методами измерения давления и перепада давления с помощью манометр МЭД в комплекте с электронным дифференциально-трансформаторным вторичным прибором типа ЭПИД. Выполнить поверку измерительного комплекта, сделать обработку результатов измерения.

2

1 Классификация манометров Существуют следующие виды манометров: 1) манометр абсолютного давления - это манометр для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля. 2) барометр - это манометр абсолютного давления для измерения давления околоземной атмосферы. Барометр с непрерывной записью показаний называется барографом. 3) манометр избыточного давления - это манометр для измерения разности между абсолютным давлением, большим абсолютным давлением окружающей среды, и абсолютным давлением окружающей среды. В большинстве случаев абсолютным давлением окружающей среды является атмосферное давление. Манометр избыточного давления в газовых средах с верхним пределом измерения не более 40000 Па (4000 кгс/с2) называется напоромером. 4) вакууметр - манометр для измерения давления разреженного газа. Вакууметр для измерения давленияразреженного газа с верхним пределом измерения не более 40000 Па (4000 кгс/с2) называется тягомером. 5) мановакуумметр - манометр для измерения избыточного давления и давления разреженного газа. Мановакуумметр для газовых сред с верхним пределом измерения не более 20000 Па (2000 кгс/см2) называется тягонапоромером. 6) дифференциальный манометр - манометр для измерения разности двух давлений. Дифманометр с верхним пределом измерения не более 40000 Па (4000 кгс/с2) называется микроманометром. 7) измерительный преобразователь давления - первичный измерительный преобразователь, воспринимающий непосредственно измеряемое давление и преобразующий его в другую физическую величину. 8) измеритель парциальных давлений - манометр для измерения давления, которое оказывал бы один из газов, входящих в газовую смесь, если бы из неё были удалены остальные газы, при условии сохранения первоначального объёма и температуры. Виды манометров по принципу действия: − жидкостный манометр - манометр, принцип действия которого основан на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений, давлением столба жидкости. − u-образный манометр - жидкостный манометр, состоящий из сообщающихся сосудов, в которых измеряемое давление определяют по одному или нескольким уровням жидкости. − компрессионный манометр - жидкостный манометр, в котором для измерения абсолютного давления разреженного газа последний подвергается предварительному сжатию ртутью.

3

− колокольный манометр - манометр, давление в котором определяется по перемещению колокола, погружённого в жидкость, или развиваемой им силы от измеряемого давления. − кольцевой манометр - дифференциальный манометр, измеряемая разность давлений в котором определяется по углу поворота кольцевого корпуса или по моменту силы, создаваемому подвешенным к корпусу грузом. − грузопоршневой манометр - манометр, принцип действия которого основан на уравновешивании измеряемого давления давлением, создаваемым весом поршня с грузоприёмным устройством, и грузов с учётом сил жидкостного трения. − деформационный манометр - манометр, принцип действия которого основан на зависимости деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления. − мембранный манометр - деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является мембрана или мембранная пробка. − сильфонный манометр - деформационный манометр, в котором чувствительным элементолм является сильфон. − трубчато-пружинный манометр - деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является трубчатая пружина. − манометр с вялой мембраной - деформационный манометр, в котором измеряемое давление воспринимается вялой мембраной и преобразуется в силу, уравновешиваемую дополнительным устройством. − электрический манометр - манометр, принцип действия которого основан на зависимости электрических параметров преобразователя давления от измеряемого давления. − пьезоэлектрический манометр - электрический манометр, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от измеряемого давления. − манометр сопротивления - электрический электрический манометр, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от измеряемого давления. − ионизационный манометр, электрический манометр, принцип действия которого основан на зависимости тока положительных ионов, образованных в результате ионизации молекул разреженного газа, от измеряемого давления. − электрический ионизационный манометр - ионизационный манометр, в котором ионизация газа осуществляется электронами, ускоряемыми электрическим полем. − магнитный электроразрядный манометр - ионизационный электрический манометр, принцип действия которого основан на зависимости тока электрического разряда в магнитном поле от измеряемого давления. − радиоизотопный манометр - ионизационный манометр, в котором для ионизации газа применяют излучение радиоизотопных источников.

4

− тепловой манометр - электрический манометр, принцип действия которого основан на зависимости теплопроводности разреженного газа от давления. − термопарный манометр - тепловой манометр, в котором использована зависимость т.э.д.с. термопары от измеряемого давления. − вязкостный манометр - электрический манометр, принцип действия которого основан на зависимости вязкости разреженного газа, определяемой движением в нём твёрдого тела, от измеряемого давления. Сигнализатор давления - средство контроля, начинающее или прекращающее выдавать выходной сигнал при достижении заданного давления.

2 Общие сведения о манометре МЭД Манометр МЭД с электрической передачей показаний на расстояние предназначен для дистанционного измерения, записи и регулирования избыточного давления или разрежения нейтральных некристаллизирующихся жидких или газообразных сред, не вызывающих разрушение материала чувствительного элемента. Именно эти среды и являются объектом измерения (ОИ) для СИ типа МЭД. Принцип действия прибора основан на преобразовании упругой деформации одновитковой трубчатой пружины в электрический сигнал, передаваемый индукционным датчиком на вторичный прибор. Измеряемое давление или разрежение через штуцер 1 (Приложение Б) подводится к трубчатой пружине 2, закреплённой в держателе открытым концом, и деформирует её. Закрытый конец пружины перемещается и передвигает связанный с ним сердечник 3 индукционного датчика 4. Измеряемая величина давления, преобразованная в индукционном датчике в электрический сигнал, передаётся на вторичный прибор. Индукционный датчик представляет собой электрическую катушку со свободно перемещающимся сердечником, помещённую в экране. Экран и сердечник изготовлены из мегнитномягкого материала, катушка имеет первичную обмотку, питаемую током от силового трансформатора вторичного прибора, и вторичную обмотку, состоящую из двух секций с одинаковым числом витков, электрически включённых навстречу друг к другу. Для подключения датчика к линии связи на задней стороне корпуса имеется штепсельный разъём. В показывающих приборах имеется ещё и передаточный механизм, преобразующий перемещение свободного конца трубчатой пружины 2 в поворот стрелки по шкале. Прибор типа МЭД поставляется в комплекте с вторичным электрическим дифференциально-трансформаторным прибором типа ЭПИД.

5

Указанные приборы можно применять во взрывобезопасных помещениях, при температуре окружающей среды 0-50 оС относительной влажности не свыше 80%. Основная погрешность не более ± 2,5%. Питание МЭД осуществляется со стороны вторичного прибора, потребляемая мощность которого составляет 75 Вт.

3 Поверка манометра МЭД в комплекте с вторичным прибором ЭПИД При проведении поверки должны быть выполнены следующие операции: - внешний осмотр; - опробование; - определение погрешности манометра. При проведении поверки следует использовать средства поверки, перечисленные ниже: 1 Манометр типа МЭД; 2 Прибор ЭПИД; 3 Образцовый манометр (со шкалой аналогичной прибору) МЭД; 4 Гидравлический пресс. При проведении поверки должны быть соблюдены следующие условия: - температура воздуха в помещении при поверке манометра должна быть о 20±5 С, при скорости изменения её не более 0,3 оС/ч; - измерние температуры воздуха в помещении должно производиться на расстоянии не более 0,5м от поверхности стола, на котором установлены приборы; - относительная влажность окружающего воздуха должна быть от 30 до 80%; - стол поверяемого и образцового манометров должен иметь основание, исключающее влияние тряски и вибрации; - рабочая среда по паспорту. Внешний осмотр: а) выдержка под давлением Рmax 1-2 минуты (образцовые - 5 минут); б) товарный знак предприятия-изготовителя; в) наименование и тип прибора; г) порядковый номер манометра по системе нумерации предприятияизготовителя; д) год выпуска. Устанавливается указатель на нулевую отметку. Определяются погрешности и вариации показаний. Выбирается число поверяемых отметок шкалы: а) шкалы - 0,02; 0,5; 0,6 - не менее 8 отметок; б) шкалы - 1,0; 1,5; 2,5 - не менее 5 отметок; в) шкалы - 4,0; 6,0 - не менее 3 отметок.

6

Поверка выполняется путём сравнения показаний, снятых по шкале вторичного прибора ЭПИД, с показаниями образцового манометра, установленного на гидравлическом прессе. Поверка производится не менее чем в пяти точках, расположенных равномерно по шкале прибора. Отсчёт показаний в каждой точке выполняется дважды, сначала при увеличении давления (прямой ход), затем при его уменьшении (обратный ход). При достижении предельной точки шкалы прибор выдерживается в течении 5 минут, после чего производится проверка показаний в тех же точках в обратном порядке. Прежде чем приступить к поверке прибора, необходимо прогреть ЭПИД в течении 10-15 минут. После этого производят проверку установки электрического нуля путём нажатия контрольной кнопки на приборе ЭПИД "контроль", при этом стрелка прибора должна установиться против контрольного индекса, который соответствует приблизительно 70% верхнего предела шкалы.

4 Обработка результатов измерения Протокол работы. Поверка пружинного манометра МЭД в комплекте с вторичным прибором ЭПИД. Дано: манометр поверяемый №9539, Предел измерения 0-1,6 кгс/см2, Тип - МЭД, класс точности - 1,5. Манометр образцовый № 7538, Предел измерения 0-1,6 кгс/см2, Класс точности - 0,15. Найти СКО и доверительную границу НСП. Результаты измерения при поверке заносим в таблицу 1. Таблица 1 - Результаты измерения при поверке манометра МЭД. Показания поверяемого Вариация Показания Погрешность 2 манометра, кгс/см образцового манометра, Прямой ход Обратный Прямой Обратный 2 кгс/см ход 0 0 0 0 0 0 0,4 0,4 0,402 0 0,002 0,02 0,8 0,8 0,805 0 0,005 0,05 1,2 1,2 1,2 0 0 0 1,6 1,6 1,6 0 0 0 На следующем этапе проводим обработку результатов наблюдений. Делаем ряд наблюдений при измерении и заносим данные в таблицу 2.

7

Таблица 2 - Результаты наблюдений при измерении манометром типа МЭД. Порядко- Нормы параметров из ТУ, НТД, чертежа, технического процесс и т.д. вый № набПределы Цена ПогрешПоказания Средний людений измерения, деления ность пробора суммарный 2 при измерекгс/см шкалы измерения менометра результат нии 1 0,400 2 0-16 0,001 0,002 0,403 0,401±0,007 3 0,401 Находим среднее арифметическое значение по формуле n

x=

∑x i =1

i

,

n

(1)

где xi - i-е значение наблюдений, n - число наблюдений. x=

0,400 + 0,401 + 0,403 2 = 0,401 кгс/см 3

Доверительная граница неисключённой систематической погрешности (НСП) результата измерения Θ(Р) вычисляется по формуле Θ( Р ) = К ( Р )

n

∑Θ j =1

2 j

,

(2)

где К(Р) - коэффициент, определяемый принятой Р и числом n составляющих НСП, Θj - найденные нестатистическими методами границы j-й составляющей НСП. При Р=0,99 значения К(Р) следующие. Таблица 3 - Коэффициент, определяемый принятой Р=0,99 и числом n составляющих НСП. n 5 и более 4 3 1 К(Р) 1,45 1,40 1,30 1,20 Упрощённо формулу (2) можно записать в следующем виде Θ( Р ) = K ( P ) ⋅ ( x max − x min ) 2 + ( x max − x i ) 2 + ( x i − x min ) 2 , (3) где К(Р) - коэффициент (таблица 3); xmax - максимальное значение наблюдений; xmin - минимальное значение наблюдений; xi - i-е значение наблюдений. Θ( Р ) = 1,30 ⋅ (0,403 − 0,400) 2 + (0,403 − 0,401) 2 + (0,401 − 0,400) 2 = 0,005

Затем вычисляем оценку СКО (среднее квадратическое отклонение) результата наблюдения по формуле n

S (x) =

8

∑ (x i =1

1

− x) 2

n −1

,

(4)

где xi - i-е значение наблюдений; x - среднее арифметическое значение; n - число наблюдений. S (x) =

(0,400 − 0,401) 2 + (0,403 − 0,401) 2 + (0,401 − 0,401) 2 2 = 0,002 кгс/см 3 −1

Для суммирования систематической и случайной составляющих погрешностей рекомендуется следующий способ: 1. Если Θ(Р)/S(x) 8 , (6) то пренебрегают случайной погрешностью и принимают ∆(Р ) = Θ(Р). 3. Если 0,8 ≤ Θ( Р ) / S ( x ) ≤ 8 , (7) то доверительную границу погрешности результата измерений вычисляют по формуле ∆ ∑ ( Р ) = К р [Θ( Р )+ ∈ ( Р )], (8) где КΣ(γ) = 1 + γ 2 /(1 + γ ),

[

(8.1) (8.2)

]

γ = Θ( Р ) / 3 ⋅ К ( Р ) ⋅ S ( х ) ,

По вычисленному значению в таблице 4 находим значение КΣ(γ). Таблица 4 - Значения суммарного коэффициента. γ 0 0,3 0,5 0,7 1,0 1,5 2 3 4 5 ∞ КΣ(γ) 1,00 0,80 0,75 0,72 0,71 0,72 0,75 0,79 0,82 0,85 1,00 Наш результат Θ(Р)/S(x)=2,5 удовлетворяет третий случай, т.е. 0,8 ≤ Θ( Р ) / S ( x ) ≤ 8

0,8 ≤ 2,5 ≤ 8

Вычислим доверительную границу случайной погрешности результата измерения ∈ (Р ) по формуле ∈ (Р) = Z p / 2 ⋅ S (x) , (9) где Zp/2 - значение нормированной функции Лапласа в точке р/2 при доверительной вероятности Р (Р=0,99), S(х) - СКО. По таблице 5 находим значение Zp/2. Таблица 5 - Значение нормированной функции Лапласа. Р 0,90 0,95 0,96 0,97 0,98 Zр/2 1,65 1,96 2,06 2,17 2,33 ∈ (Р) = 2,58·0,002=0,005 По формуле (8.2) находим

0,99 2,58

9

γ=

0,005 3 ⋅ 1,30 ⋅ 0,002

= 1,1

Пл таблице 4 выбираем суммарный коэффициент КΣ(γ) = 0,71. Тогда ∆(Р)= 0,71·[0,005+0,005]=0,0071 Вывод: таким образом, после обработки результатов наблюдений мы нашли погрешность измерений, она составила 0,0071. Результат измерения представим в форме А±∆, т.е. А±0,007. Источниками погрешности являются модель ОИ, метод измерения, СИ, оператор, влияющие факторы условий измерений, алгоритм обработки результатов наблюдений. Манометр не годен, так как погрешность превышает допускаемые пределы

5 Контрольные вопросы 1 Какие СИ необходимы и достаточны для выполнения лабораторной работы: а) манометр МЭД; б) манометр МЭД в комплекте с вторичным прибором ЭПИД; в) деформационный манометр. 2 Какие вспомогательные средства необходимы для выполнения лабораторной работы: а) вторичный прибор ЭПИД; б) съёмочные головки; в) концевые меры длины. 3 Какой объект измерения предусмотрен в лабораторной работе: а) объём; б) масса; в) давление. 4 Какая формула вычисления доверительной границы НСП: а) 0,8 < Θ( Р ) ≤ 8 ; б) 0,8 > Θ( Р ) ≥ 8 ; в) Θ( Р ) = К ( Р )

n

∑Θ j =1

2 j

.

5 Какая формула вычисления СКО. 1 n (x i − x) 2 ; ∑ n − 1 i =1

а) S ( x ) = n

1 n

б) S ( x ) = ∑ x i ; i =1

в) нет правильного ответа 6 Единица измерения давления: а) Н; б)

кг ⋅ с ; см 2

в) Дж. 10

7 Поверка манометра производится не менее чем в: а) 3 точках; б) 7 точках; в) 5 точках. 8 К каким измерениям относятся измерения, выполняемыми в данной работе: а) многократная; б) однократная.

1.

Список использованных источников

1 Артемьев Б.Г., Голубев С.М. Справочное пособие для работников метрологических служб - М.: Издательство стандартов, 1990.- 179с. 2 Боронихин А.С. Контрольно-измерительные приборы. Лабораторные работы. - М.: Энергия, 1969- 120с. 3 Брянский Л.Н., Дойников А.С. "Краткий справочник метролога". - М.: Издательство стандартов, 1991.- 79с. 4 ГОСТ 8.271-77 Средства измерений давления - М.: Издательство стандартов, 1981.-12с. 5 ГОСТ 8.271-78 Микроманометры жидкостные компенсационные с микрометрическим винтом типа МКВ-250. Методы и средства поверки. - М.: Издательство стандартов, 1983.- 10с

11