Курсовая Зайцева 13ДД11 - ИСПРАВЛЕННЫЙ. Основы метода определения давления
 Скачать 1.81 Mb.
|
|
Содержание. Введение ……………………………………………………………………………..3 Глава 1. Основы метода определения давления …………………………………..5 Глава 2. Законодательные акты и нормативные документы ……………………..8 Глава 3. Термины и определения метрологии …………………………………….9 Глава 4. Государственный специальный эталон единицы давления. Способ передачи единицы измерения. Допустимые погрешности ………………………..11 4.1. Эталоны ………………………………………………………………………..11 4.1.1. Государственный специальный эталон ……………………………………11 4.1.2. Вторичный эталон …………………………………………………………..13 4.2. Образцовые средства измерений …………………………………………….13 4.2.1. Образцовые средства измерений 1-го разряда ……………………………13 4.2.2. Образцовые средства измерений 2-го разряда ……………………………13 4.3. Рабочие средства измерений …………………………………………………14 4.4. Международные поверочные сличения национальных эталонов …………24 Глава 5. Устройство и принцип действия преобразователя измерительного разности давления пневматического 13ДД11 ……………………………………….27 5.1. Основные технические характеристики ……………………………………..27 5.2. Назначение и принцип действия преобразователя ………………………….28 5.3. Устройство и работа преобразователя ………………………………………29 5.4. Указание мер безопасности и порядок установки преобразователя ………31 Глава 6. Метод поверки преобразователя измерительного разности давления пневматического 13ДД11 …………………………………………………………33 6.1. Условия поверки и подготовка к ней ………………………………………...33 6.2. Проведение поверки …………………………………………………………..35 6.3. Определение основной погрешности и вариации …………………………..36 6.4. Оформление результатов поверки …………………………………………...41 7. Заключение ………………………………………………………………………43 8. Список использованных источников …………………………………………..46 Приложение 1 ………………………………………………………………………48 Приложение 2 ………………………………………………………………………49 Приложение 3 ………………………………………………………………………50 ВВЕДЕНИЕ Отраслью науки, изучающей измерения, является метрология. Слово "метрология" образовано из двух греческих слов: μέτρον — мера, λόγος — учение. Она начала развиваться как наука с 1949 г., когда появился научный труд Петрушевского Ф. И. «Общая метрология». Долгое время метрология оставалась в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. С конца 19-го века благодаря прогрессу физических наук метрология получила существенное развитие. Большую роль в становлении метрологии в России сыграл Д.И. Менделеев, руководивший отечественной метрологией в период с 1892 по 1907 г. «Наука начинается… с тех пор, как начинают измерять», - в этом научном кредо выражен, важнейший принцип развития науки, который не утратил актуальности в современных условиях. Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Она занимается установлением единиц измерений различных физических величин и воспроизведением их эталонов, разработкой методов измерений физических величин, а также анализом точности измерений и исследованием и устранением причин, вызывающим погрешности в измерениях. Ключевое положение метрологии – измерение. Согласно ГОСТ 16263–70 измерение – это нахождение значения физической величины с помощью специальных технических средств опытным путем. Поскольку метрология изучает методы и средства измерения физических величин с максимальной степенью точности, ее задачи и цели вытекают из самого определения науки. Тем не менее, учитывая колоссальную важность метрологии, как науки, для научно-технического прогресса и эволюции человеческого общества, все термины и определения метрологии, включая ее цели и задачи, стандартизированы посредством нормативных документов – ГОСТов. Итак, основными задачами метрологии (по ГОСТ 16263-70) являются: - установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерения; - разработка теории, методов и средств измерений и контроля; - обеспечение единства измерений и единообразных средств измерений; - разработка методов оценки погрешностей, состояние средств измерения и контроля; - разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений. Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, так как повышение точности измерений – одно из средств совершенствование путей познания природы человеком, открытий и практического применения точных знаний. Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, ибо для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей их совершенствования. В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, объем, вес, давление и др. Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Все отрасли техники не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукций. Поэтому данная тема является актуальной. 1. Основы метода определения давления Давление — физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности. В данной точке давление определяется как отношение нормальной составляющей действующей на малый элемент поверхности силы к его площади. Среднее давление по всей поверхности есть отношение силы к площади поверхности. В Международной системе единиц (СИ) давление измеряется в паскалях (Па) Один паскаль определяется как давление в 1 ньютон на площади в квадратный метр. Один паскаль — очень маленькое давление, поэтому чаще давление выражают в килопаскалях (кПа). Применяются также иные единицы: бар, торр, техническая атмосфера, физическая атмосфера, миллиметр ртутного столба, метр водяного столба, дюйм ртутного столба, фунт-сила на квадратный дюйм и другие. Килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см²) — внесистемная единица измерения давления, равная давлению (механическому напряжению), вызываемому силой, равной одному килограмму, равномерно распределённой по перпендикулярной к ней поверхности площадью один квадратный сантиметр. Эта единица называется также технической атмосферой (ат). 1 ат = 98,0665 kPa ≈ 0,96784 стандартной атмосферы. Килограмм-сила (русское обозначение: кгс или кГ; международное: kgf или kgF) — единица силы в системе единиц МКГСС; наряду с метром и секундой является основной единицей этой системы. Генеральная конференция по мерам и весам (1901) дала этой единице следующее определение: «килограмм-сила равен силе, которая сообщает покоящейся массе, равной массе международного прототипа килограмма, ускорение, равное нормальному ускорению свободного падения (9,80665 м/с2)». В настоящее время Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) относит килограмм-силу к тем единицам измерения, «которые должны быть изъяты из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и которые не должны вводиться, если они не используются». В Российской Федерации единицы килограмм-сила и грамм-сила допущены к использованию в качестве внесистемных единиц без ограничения срока действия с областью применения «все области». В соответствии с Положением о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации, единица килограмм-сила используется только в тех случаях, когда количественные значения величин «невозможно или нецелесообразно» выражать в единицах Международной системы единиц (СИ). Килограмм-сила удобна тем, что её величина равна весу тела массой в 1 кг, поэтому человеку легко представить, например, что такое сила 5 кгс. 1 кгс = 9,80665 ньютонов (точно[5]) ≈ 10 Н 1 Н ≈ 0,10197162 кгс ≈ 0,1 кгс Другое удобство использования килограмм-силы состоит в том, что единица давления килограмм-сила на квадратный сантиметр (техническая атмосфера) с хорошей точностью равна нормальному атмосферному давлению, что удобно для оценок. 2. Законодательные акты и нормативные документы Законодательство РФ об обеспечении единства измерений основывается на Конституции РФ и включает в себя настоящий Федеральный Закон от 26.06.2008 г. № 102-ФЗ 9 ред. от 21.07.2014 г.), другие Федеральные законы, регулирующие отношения в области обеспечения единства измерений, а также принимаемые в соответствии с ними иные нормативные акты РФ. Измерения, относящиеся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, должны выполняться по первичным методикам (методам) измерений, референтным методикам (методам) измерений и другим аттестованным методикам (методам) измерений, за исключением методик (методов) измерений, предназначенных для выполнения прямых измерений, с применением средств измерений, утвержденного типа, прошедших поверку. Результаты измерений должны быть выражены в единицах величин, допущенных к применению в РФ (в ред. ФЗ от 21.07.2014 г. № 254-ФЗ). Методики (методы) измерений, предназначенные для выполнения прямых измерений, вносятся в эксплуатационную документацию на средства измерений. Подтверждение соответствия этих методик (методов) измерений обязательным метрологическим требованиям к измерениям осуществляется в процессе утверждения типов данных средств измерений. В остальных случаях подтверждение соответствия методик (методов) измерений обязательным метрологическим требованиям к измерениям осуществляется путем аттестации методик (методов) измерений. Сведения об аттестованных методиках (методах) измерений передаются в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений проводящими аттестацию юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями. 3. Термины и определения метрологии Единство измерений – состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимым первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы. Физическая величина – одно из свойств физического объекта, общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Измерение – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с её единицей и получения значения этой величины. Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные метрологические характеристики воспроизводящие и (или) хранящие единицу величины, размер которой принимается неизменным в пределах установленной погрешности в течение известного интервала времени. Поверка – совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям. Калибровка – совокупность операций, выполняемых в целях определения действительных значений метрологических характеристик средств измерений. Погрешность средства измерения – разность между показанием средства измерений и действительным значением измеряемой физической величины. Точность средства измерений – характеристика качества средства измерений, отражающая близость его погрешности к нулю. Лицензия – это разрешение, выдаваемое органам государственной метрологической службы на закрепленной за ним территории физическому или юридическому лицу на осуществление ему деятельности по производству и ремонту средств измерения. Эталон единицы величины – техническое средство, предназначенное для передачи, хранения и воспроизведения единицы величины. 4. Государственный специальный эталон единицы давления. Способ передачи единицы измерения. Допустимые погрешности Передача размера единицы измерения данной величины подробно описывается в ГОСТ 8.187-76 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений разности давлений до 4-104 Па от 01.01.1977 г. Разработан: Всесоюзным научно-исследовательским институтом метрологии им. Д. И. Менделеева (ВНИИМ). Внесен: Управлением метрологии Госстандарта СССР. Подготовлен к утверждению: Всесоюзным научно-исследовательским институтом метрологической службы Госстандарта СССР (ВНИИМС). Утвержден и введен в действие: Постановлением государственного комитета стандартов Совета Министров СССР 16 февраля 1976 г. № 404. Настоящий стандарт распространяется на государственный специальный эталон и общесоюзную поверочную схему для средств измерений разности давлений до 4-104 Па и устанавливает назначение государственного специального эталона единицы давления для разности давлений от 0,1 до 4-104 Па – паскаля (Па), комплекс основных средств измерений, входящий в его состав, основные метрологические параметры эталонов и порядок передачи размера единиц давления от специального эталона при помощи вторичных эталонов и образцовых средств измерений рабочим средствам измерений с указанием погрешностей и основных методов поверки. 4.1. Эталоны 4. 1.1. Государственный специальный эталон Государственный специальный эталон предназначен для воспроизведения и хранения единицы давления для разницы давлений от 0,1 до 4-104 Па и передачи размера единицы при помощи рабочих эталонов и образцовых средств измерений рабочим средствам измерений, применяемых в народном хозяйстве СССР с целью обеспечения единства измерений в стране. В основу измерений разности давлений до 4-104 Па, выполняемых в СССР, должна быть положена единица, воспроизводимая указанным государственным эталоном. Государственный специальный эталон состоит из комплекса следующих средств измерений: два колокольных микроманометра с диапазоном измерений 0,1÷1*102 Па; два компенсационных микроманометра с диапазоном измерений 50÷5*103 Па со штриховой мерой длины; два грузопоршневых манометра с диапазоном измерения 1*103÷1*104 Па. Диапазон значений давления, воспроизводимых эталоном, составляет 0,1÷4*104 Па. Для воспроизведения единицы давления для разности давлений в диапазоне 0,1÷4*104 Па с указанной точностью должны быть соблюдены правила хранения и применения эталона, утвержденные в установленном порядке. Государственный специальный эталон применяют для передачи размера единицы давления рабочим эталонам и образцовым средствам измерений непосредственным сличением. 4.1.2. Вторичные эталоны В качестве рабочих эталонов применяют переносные микроманометры с диапазоном измерений 1*102 ÷ 4*103 Па (10 ÷ 4*102 кгс/м2). Средние квадратические отклонения результата поверки рабочих эталонов не должны превышать 0,1 Па. Рабочие эталоны применяют для поверки образцовых средств измерений 1-го разряда непосредственным сличением. 4.2. Образцовые средства измерений 4.2.1. Образцовые средства измерений 1-го разряда В качестве образцовых средств измерений 1-го разряда применяют микроманометры с диапазоном измерений 1*102 ÷ 4*103 Па (10÷4*102 кгс/м2) и 1*103 ÷ 4*104 Па (1*102 ÷ 4*103 кгс/м2). Класс точности образцовых средств измерений 1-го разряда – 0,01. Образцовые средства измерений 1-го разряда применяют для поверки образцовых средств измерений 2-го разряда непосредственным сличением. 4.2.2. Образцовые средства измерений 2-го разряда В качестве образцовых средств измерений 2-го разряда применяют микроманометры с диапазонами измерений 2 ÷ 1*10² Па (0,2÷10 кгс/м2), 40÷4*104 Па (4÷4*103 кгс/м2) и 2÷2,5*103 Па (0,2÷2,5*102 кгс/м2). Классы точности образцовых средств измерений 2-го разряда – 0,02÷0,16. Образцовые средства измерений 2-го разряда применяют для поверки рабочих средств измерений непосредственным сличением. Соотношение погрешностей образцовых средств измерений 1-го и 2-го разрядов при одном и том же значении давления должно быть не более 1: 2. 4.3. Рабочие средства измерения В качестве рабочих средств измерений применяют микроманометры с диапазоном измерений 2 ÷ 1*10² Па (0,2÷10 кгс/м²) и 2 ÷ 2,4*103 Па (0,2 ÷ 2,4*10² кгс/м²) с наклонной трубкой, микроманометры с диапазонами измерений 1÷ 2,5*103 Па (0,1 ÷ 2,5*10² кгс/м²) и 2 ÷ 2,5*103 Па (0,2÷2,5*10² кгс/м²) с микрометрическим винтом, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры и дифференциальные манометры с верхними пределами измерений от 4*10² до 4*104 Па (от 40 до 4*103 кгс/м2), дифференциальные манометры – расходомеры и манометры – перепадомеры с верхними пределами измерений от 10 до 2,5*104 Па (от 1 до 2,5*103 кгс/м2) и манометры избыточного давления с верхними пределами измерений до 4*104 Па (до 4*103 кгс/м2). Классы точности рабочих средств измерений – 0,06 ÷ 4,0. Соотношение погрешностей образцовых и рабочих средств измерений при одном и том же значении давления должно быть не более 1 : 3. В России эксплуатируются десятки миллионов средств измерений давления. Они применяются практически во всех отраслях промышленности, транспорте, науке, здравоохранении и т.д. В России единство измерений в области постоянных давлений обеспечивается с помощью десятков тысяч экземпляров вторичных и рабочих эталонов (РЭ) 0–4 разрядов, которые получают размер единицы от пяти нижеперечисленных государственных эталонов единицы давления. Государственный первичный эталон (ГПЭ) единицы давления для области постоянных избыточных давлений ГЭТ 23-79 создан на основе комплекса грузопоршневых манометров и воспроизводит единицу давления в диапазоне 0,05–10 МПа со средним квадратическим отклонением результата измерений (СКО), не превышающим 3*106, и неисключенной систематической погрешности (НСП), не превышающей 2·105. Государственный специальный эталон (ГСЭ) единицы давления для разности давлений ГЭТ 95-75, в составе, которого комплекс микроманометров: микроманометр весовой колокольный, основанный на принципе уравновешивания действия давлений на колокола, подвешенные к чашкам равноплечих весов, воспроизводит единицы давления в диапазоне 0,1–1*102 Па, СКО ≤ 0,05 Па, НСП ≤ 0,05 Па; микроманометр компенсационный со штриховой мерой, основанный на уравновешивании действия давления столбом жидкости, с диапазоном 50–5*103 Па, СКО ≤ 0,08 Па, НСП ≤ 0,3 Па; микроманометр грузопоршневой с нецилиндрическим поршнем на газовой смазке, основанный на принципе динамического взаимодействия тела и потока воздуха, с диапазоном 103–4*104 Па, СКО ≤ 0,4 Па, НСП ≤ 0,8 Па; средство передачи размера единицы давления с диапазоном измерений 20–1,6*104 Па, СКО ≤ 0,05–0,4 Па. ГСЭ единицы давления для области средних абсолютных давлений ГЭТ 101-76, созданный на основе двух грузопоршневых манометров, воспроизводит единицу давления в диапазоне 0,27–130 кПа, СКО ≤ 0,3Па, НСП ≤ 2 Па. ГСЭ единицы давления для области низких абсолютных давлений. Данный эталон находится во ВНИИФТРИ. Первые четыре эталона применяются во ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, и передают размер единицы давления более 120 эталонным манометрам, микроманометрам и вакуумметрам, которые входят в состав вторичных и рабочих эталонов нулевого разряда, расположенных более чем в 40 государственных метрологических службах, метрологических службах юридических лиц страны и национальных метрологических центрах стран СНГ и Балтии. В соответствии с государственными поверочными схемами по ГОСТ 8.017-79, ГОСТ 8.187-76, ГОСТ 8.223-76 и ГОСТ 8.107-81, которые возглавляют, соответственно, эталоны ГЭТ 23-79, ГЭТ 95-75, ГЭТ 101-76 и ГЭТ 49-80 размер единицы давления в диапазоне 10-8–2,5*108 Па передается десяткам миллионов рабочих средств измерений (РСИ) давлений, которые составляют более 99 % парка РСИ страны. Микроманометры – это средства измерения давления с верхним пределом измерений до 40 кПа. Применяются для контроля и регулирования расхода газов и жидкостей в различных отраслях промышленности и научных исследованиях. Размер единицы давления микроманометрам передается от государственного специального эталона (ГСЭ) единицы давления для разности давлений. Эталон ГЭТ 95-75, общий вид которого показан на рисунке [1], включает в себя комплекса микроманометров: - весовой колокольный микроманометр типа МВК в диапазоне 0,1-100 Па Принцип работы МВК – уравновешивание действия давления на колокола, которые подвешены к чашкам равноплечных весов и опущены в ванну с рабочей жидкостью (спиртом по ГОСТ 18300-87). Диапазон воспроизведения единицы давления 0,1 – 1*10² Па, СКО ≤ 0,05 Па, НСП ≤ 0,05 Па. Уравнение измерений разности давлений микроманометра МВК: В общем случае выражается формулой:  ,где: р1, р2 – давления подводимые к левому и правому колоколу; m1, m2 – массы гирь на левом и правом чашках весов; g – ускорение свободного падения; F1, F2 – площади внутреннего сечения левого и правого колоколов; ρв – плотность воздуха; ρ – плотность материала грузов. - микроманометр со штриховой мерой длины типа МКШ Принцип действия – уравновешивание давления столбом жидкости. Диапазон измерений 50 – 5*103 Па, СКО ≤ 0,08 Па, НСП ≤ 0,3 Па. Уравнение измерений разности давлений для микроманометра типа МКШ: В общем случае имеет вид:  ,где: р1и р2 – давления, подаваемые в неподвижный и подвижный сосуды; ρ1 и ρ2 – плотность дистиллированной воды и воздуха при температуре измерения; h – высота подъема подвижного сосуда, отсчитанная по штриховой мере; α – коэффициент линейного расширения меры; t – температура штриховой меры. Применение МКШ: Микроманометр МКШ применяется при передаче размера единицы давления в области измерений разности давления наиболее часто по сравнению с другими микроманометрами, входящими в состав эталона ГЭТ 95-75. От МКШ размер единицы давления передается десяти из двенадцати вторичных эталонов, которые применяются в России и странах СНГ. Одна из составляющих погрешности измерения пропорциональна величине:  ,где: l – расстояние между вертикальными осями подвижного и неподвижного сосудов; α – угол наклона штриховой меры микроманометра от вертикальной оси. - микроманометр МКШ–М Создан в начале 90-х годов в результате работ по совершенствованию микроманометров типа МКШ. Имеет оригинальную конструкцию: оси подвижного и неподвижного сосудов были совмещены. Один из вновь созданных МКШ–М № 1 в 1997 г. Введен в состав эталона ГЭТ 95-75 вместо МКШ. - микроманометр грузопоршневой с нецилиндрическим поршнем (МКП) на газовой смазке в диапазоне 103 – 4*104 Па Принцип действия - динамическое взаимодействие тела и потока воздуха. Диапазон измерений 103 – 4*104 Па, СКО ≤ 0,4 Па, НСП ≤ 0,8 Па. Разработан и создан под руководством кандидата технических наук С. М. Кессельман (сотрудницы ВНИИМС) и введен в состав ГЭТ 95-75 в 1997 г. вместо грузопоршневого микроманометра. Уравнение пересчета давления для микроманометра типа МКП: В общем случае имеет вид:  ,где: Рн – номинальное давление, Па; Рб – давление окружающей среды, мм. рт. ст.; t – температура окружающей среды, ºС. Средство передачи размера единицы давления с диапазоном измерений 20-1,6*104 Па, СКО ≤ 0,05 – 0,4 Па.  Рис. 1 Общий вид ГСЭ единицы давления для разности давлений ГЭТ 95-75 Государственный специальный эталон единицы давления для разности давления ГЭТ 95-75 от 0,1 Па до 40 кПа подтвержден Постановлением Госстандарта России от 11.12.1975 г. № 46. Эталон предназначен для воспроизведения, хранения единицы давления и передачи ее размера вторичным и рабочим эталонам. В основу эталона положен метод независимого воспроизведения разности давлений с помощью прецизионных микроманометров различных типов с взаимно перекрывающимися диапазонами измерений. 4.4. Международные поверочные сличения национальных эталонов Подтверждают метрологические характеристики национальных эталонов, в том числе Микроманометров эталона ГЭТ 95-75. Сличение национальных эталонов России и Германии в диапазоне 20-1600 Па приводились в рамках проекта КООМЕТ 19/RU/92 совместно со специалистами ВНИИМС. Систематическое расхождение между эталонами до 100 Па не превышало 0,02 Па, в диапазоне 100-1600 Па – 0,066 Па, что находится в пределах НСП сличаемых эталонов. Результаты проведенных сличений свидетельствуют о согласованности размера единицы давления в диапазоне 20-1600 Па в России и Германии. В настоящее время проводятся ключевые сличения эталона ГЭТ 95-75 в диапазоне 100-5000 Па в рамках проекта КООМЕТ М.Р. – К14. Размер единицы давления для разности давления от эталона ГЭТ 95-75 передается согласно поверочной схеме по ГОСТ 8.187-76 вторичным эталонам, эталонным (образцовым) средствам измерений 1–2-го разрядов и рабочим средствам измерений.  Рис. 2 Общесоюзная поверочная схема для средств измерений разности давлений до 4*104 Па 5. Устройство и принцип действия преобразователя измерительного разности давления пневматического 13ДД11 |