3565 ЭИ

3565	МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
	ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электрический транспорт»

М Е Т Р О Л О Г И Я

Задание и методические указания к выполнению контрольной работы для студентов направления подготовки 140400.62 (13.03.02) «Электроэнергетика

и электротехника» профиль «Электрический транспорт» заочной формы обучения

Составитель: А.Г. Старикова

Самара

2014

1

УДК 621.317

Метрология : задание и методические указания к выполнению контрольной работы для студентов направления подготовки 140400.62 (13.03.02) «Электроэнергетика и электротехника» профиль «Электрический транспорт» заочной формы обучения / составитель А.Г. Старикова. – Самара : СамГУПС, 2014. – 18 с.

Приведены задания, методические указания по их выполнению и основные требования к оформлению контрольной работы.

Утверждены на заседании кафедры «Электрический транспорт» 23 сентября 2014 г., протокол № 1.

Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Составитель: Старикова Анна Геннадьевна

Рецензенты: д.т.н., профессор кафедры «Локомотивы» СамГУПС Д.Я. Носырев; д.т.н., профессор кафедры «Электрический транспорт» СамГУПС В.М. Руцкий

Под редакцией составителя

Подписано в печать 23.12.2014. Формат 60×90 1/16. Усл. печ. л. 1,1. Заказ 287.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2014

2

ВВЕДЕНИЕ

Выполнение контрольной работы по дисциплине «Метрология» предполагает частичное формирование следующих общекультурных и профессиональных компетенций, обозначенных ФГОС-3 ВПО по направлению 140400.62 (13.03.02) «Электроэнергетика и электротехника».

ОК-1: способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения;

ПК-6: способность и готовность анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования;

ПК-18: способность использовать технические средства для измерения основных параметров электроэнергетических и электротехнических объектов и систем и происходящих в них процессов;

ПК-20: способность использовать нормативные документы по качеству, стандартизации и сертификации электроэнергетических и электротехнических объектов, элементы экономического анализа в практической деятельности;

ПК-44: способность выполнять экспериментальные исследования по заданной методике, обрабатывать результаты экспериментов;

ПК-45: готовность использовать технические средства испытаний технологических процессов и изделий.

В результате выполнения контрольной работы обучающиеся должны

-знать: способы систематизации и обобщения информации, связанной с метрологической деятельностью (ОК-1); метрологические характеристики средств измерений; методики обработки результатов измерений (ПК-18); нормативно-правовые основы метрологии; основы метрологического обеспечения (ПК-20); формы представления результатов метрологического эксперимента (ПК-44);

-уметь: осуществлять поверку средств измерений, включая составление схем поверки, выбор образцового прибора (ПК-18); проводить оценку погрешностей результатов многократных измерений; применять вероятностные методы обработки результатов эксперимента при определении границ доверительного интервала для случайной погрешно-

сти (ПК-44);

-владеть: навыками составления заключения о пригодности к применению поверяемых аналоговых технических приборов различных систем; навыками обнаружения и исключения погрешностей из результатов измерений.

Контрольная работа состоит из двух задач, каждая из которых выполняется после изучения соответствующих разделов дисциплины. Номер варианта указывается преподавателем.

Контрольная работа выполняется на одной стороне листов бумаги формата А4 (210×297 мм) с полями: верхнее 20, левое 30, нижнее 20 и правое 15 мм. Исходные данные и условие задачи переписываются полностью. Решение задачи должно сопровождаться краткими пояснениями. Требуемые схемы вычерчивают с применением чертежных инструментов или выполняются в графическом редакторе ПК. В ходе решения задачи приводятся формулы для определения величин, а затем подставляются числовые значения. После числового значения обязательно указывать размерность величины, при необходимости по результатам расчетов строятся соответствующие зависимости. Образец оформления титульного листа контрольной работы приведен в приложении А.

3

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Задача № 1. Произвести расчеты, связанные с поверкой аналогового технического прибора (амперметра или вольтметра) магнитоэлектрической (постоянный ток) или электромагнитной (переменный ток) системы: выбрать метод поверки прибора, составить ее схему, выбрать образцовый прибор для поверки, вычислить погрешности поверяемого прибора. По результатам расчетов дать заключение о пригодности к применению поверяемого прибора.

Таблица 1

			Исходные данные для задачи № 1
								Последняя цифра шифра
Параметры
	0		1		2		3			4		5		6		7	8		9
Измеряемый параметр		U				I					U				I		U
и род тока поверяемого		Постоянный							Переменный							Постоянный
прибора
Номинальное значение
поверяемого прибора		30				5					300				10		–3; +3
(В, А)
		0;				0;					0;				0;		–3;
		5;				1;					50;				2;		–2;
Оцифрованные значения		10;				2;					100;				4;		–1;
шкалы поверяемого		15;				3;					150;				6;		0;
прибора		20;				4;					200;				8;		+1;
		25;				5;					250;				10;		+2;
		30				–					300				–		+3
Класс точности				1,0									1,5				2,5
		4,75				0,95					49,2				1,98		0,88
		9,82				1,98					99,1				3,96		1,91
Показания образцового		14,91				2,96					146,8				5,88		2,89
		19,82				3,97					197,3				7,91		2,89
прибора на каждом
		24,79				4,95					248,2				9,84		2,15
оцифрованном делении
		29,92				4,95					296,8				9,84		1,2
поверяемого прибора
		29,92				4,03					296,8				8,1		–0,91
при возрастании и убы-
		25,28				3,03					254,1				6,2		–1,88
вании измеряемого па-
		20,39				2,04					203,9				4,1		–2,92
раметра (В, А)
		15,16				1,02					154,1				2,2		–2,92
		10,27									103,8						–2,18
		5,18									52,9						–1,15

Задача № 2. Оценить случайные погрешности результатов прямых измерений по ограниченной статистической совокупности при отсутствии систематических погрешностей, считая, что закон распределения случайных погрешностей нормальный.

4

					Исходные данные для задачи № 2								Таблица 2
					Предпоследняя цифра шифра
1		6	2		9	3		8	4		7	5		0
Замеры		сопротив-	Замеры		высоты	Значения		частоты	Значения		срабаты-	Значения		времени
ления резистора,			сечения контакт-			генератора, Гц			вания реле тока, А			срабатывания реле
	Ом		ного провода, мм									времени, с
	74,84			10,51			400,5			4,05			1,46
	74,82			10,49			399,9			3,95			1,51
	74,79			10,50			400,2			4,10			1,52
	74,88			10,48			400,8			4,00			1,48
	74,91			10,52			399,1			4,05			1,49
		–		10,49			399,7			3,95			1,53
		–		–			400,6			4,10			1,47
		–		–			400,3			–			1,50
		–		–			399,1			–			–
		–		–			399,5			–			–

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению задачи № 1 контрольной работы

Теоретический материал для решения может быть почерпнут из рекомендуемой ли-

тературы [1, стр. 299–334; 2 стр. 148–153, 178–182].

В сферах действия государственного метрологического контроля и надзора юридические и физические лица, производящие средства измерений (СИ) или выпускающие их после ремонта, ввозящие средства измерений и использующие их в целях эксплуатации, проката или продажи, обязаны своевременно представлять СИ на поверку (по РМГ 29-99 (рекомендации межгосударственные по стандартизации)).

Поверка СИ – совокупность операций, выполняемых с целью подтверждения их соответствия установленным метрологическим требованиям. Поверка СИ является одним из звеньев в многоступенчатой цепи передачи размера единицы от эталона к рабочему средству измерения.

Поверка СИ осуществляется метрологической службой (МС) при наличии соответствующего разрешения Ростехрегулирования. В перечень СИ, подлежащих обязательной государственной поверке, включены: СИ, применяемые в органах государственной МС; исходные рабочие эталоны предприятий; рабочие СИ, используемые для учета материальных ценностей, топлива и энергии, при взаимных расчетах, в торговле, для защиты окружающей среды и обеспечения безопасности труда. Предельный срок нахождения СИ в органах государственной поверки не должен превышать 15 дней.

Не подлежат поверке СИ, служащие для качественной оценки измеряемой величины (индикаторы), а также СИ, применяемые в учебных целях.

Допускается также проведение поверочных работ не только персоналом МС, но и работниками других подразделений, например, контролерами ОТК при выпуске новых и ремонте СИ в эксплуатации, лицами, непосредственно использующими СИ. В последнем случае поверка необходима для сохранения заданной точности. В частности, рабочие, использующие универсальные СИ (микрометры), получают в индивидуальное пользование набор концевых мер. В документации на технологический процесс указано, как часто рабочий должен сличать СИ с мерой, при этом протокол не ведется.

5

Оформление, регистрация ведомственной МС в органах Ростехрегулирования и получение права на поверку отдельных видов СИ осуществляется в соответствии с ГОСТ 8.513-84. Классификация видов поверок приведена на рис. 1.

Рис. 1. Классификация видов поверок

По метрологическому назначению СИ делятся на эталоны, образцовые и рабочие (технические).

Аналоговые приборы электромеханической группы классов точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,5 относятся к образцовым приборам, т.е. используются для поверки. Приборы классов точности 1; 1,5; 2,5; 4 относятся к техническим (рабочим). В данной задаче задан для поверки технический прибор соответствующего класса точности.

6

Вопрос назначения оптимальных межповерочных интервалов крайне сложен и до конца не решен, что объясняется многообразием факторов, влияющих на выбор интервала.

Учитывая, что образцовые СИ эксплуатируются примерно в одинаковых (лабораторных) условиях, для них назначаются единые (в масштабах страны) межповерочные интервалы, независимо от того, используются эти средства в органах Государственной или ведомственной метрологических служб. Так, для образцовых СИ электрических величин устанавливается ежегодная поверка.

Для технических (рабочих) средств измерения подобная унификация межповерочных интервалов в масштабах всей страны невозможна, так как СИ одного и того же типа на разных предприятиях эксплуатируются в разных условиях. Поэтому ГОСТ 8.513-84 устанавливает, что «межповерочные интервалы периодической поверки для СИ, подлежащих ведомственной поверке, определяют руководителя предприятий».

Поверка СИ может проводиться в стационарных или передвижных лабораториях путем командирования государственных поверителей на предприятия по заявкам последних.

Представленные на поверку СИ должны быть полностью обеспечены необходимой нормативно-технической документацией (паспорт, руководство по эксплуатации, ТУ, чертежи, методика поверки и т.п.) и вспомогательным оборудованием. Отдельные поверочные установки внесены в Госреестр.

Требования к помещениям поверочных подразделений и условия труда поверителей изложены в ряде документов: ГОСТ 8.395-80, РД 50-443-83, ГОСТ 12.0.003-74.

Порядок представления средств измерений на поверку устанавливается Ростехрегулированием, который утверждает перечни групп, подлежащих поверке. Поверка осуществляется согласно правилам ПР 50.2.006-94 ГСИ «Порядок проведения поверки средств измерений».

Результат поверки – подтверждение пригодности средств измерений к применению или признание их непригодными к применению. В первом случае на СИ и (или) его техническую документацию наносится оттиск поверительного клейма и (или) выдается Свидетельство о поверке. Во втором случае оттиск поверительного клейма и (или) свидетельство о поверке аннулируется и выписывается Свидетельство о непригодности.

Поверка прибора состоит из шести частей:

1)внешний осмотр прибора;

2)выбор метода поверки;

3)составление схемы поверки;

4)выбор образцового прибора и подготовка к поверке;

5)поверка показаний прибора;

6)документальное оформление поверки.

Рассмотрим основные этапы поверки технических приборов:

Внешний осмотр прибора имеет целью выяснить дефекты, могущие препятствовать дальнейшему применению прибора, например: повреждение стекла, корректора, стрелки или наличие отсоединившихся деталей и т.д.

Основные методы поверки указаны на рис. 1. Наибольшее распространение получили методы непосредственного сличения с образцовыми СИ. В этом случае сигнал от источника питания подают на образцовый и поверяемый приборы и сравнивают показания поверяемого прибора с образцовым.

Для удобства регулировки измеряемого параметра следует применять два резистора, один из которых осуществляет грубую, а второй – плавную регулировку. Соотношение сопротивлений резисторов обычно берется 5:20. При этом в случае поверки амперметра

7

регулировочные резисторы следует включать по схеме реостата (рис. 2), а в случае поверки вольтметра – по схеме потенциометра (рис. 6). При переменном токе использование понижающего нагрузочного трансформатора уменьшает затраты при поверке и дает возможность применять менее громоздкие, а следовательно, более дешевые и удобные для работы реостаты (рис. 3, 7). Схемы, данные на рис. 4, 5, 7, особенно удобны при поверке амперметра на большие токи, т.к. позволяют применять реостаты на токи, значительно меньшие номинального тока поверяемого прибора. После составления схемы поверки заданного прибора следует произвести выбор образцового прибора.

Рис. 2. Схема соединения для проверки	Рис. 3. Схема соединения для проверки
технического амперметра с применением	технического амперметра с применением транс-
двух реостатов	форматора и двух реостатов во вторичной цепи

Рис. 4. Схема соединения для проверки	Рис. 5. Схема соединения для проверки
технического амперметра с применением транс-	технического амперметра с применением
форматора и двух реостатов в первичной цепи	автотрансформатора и реостата

Рис. 6. Схема соединения для проверки	Рис. 7. Схема соединения при проверке
технического вольтметра с включением регулиро-	технического вольтметра с применением
вочных резисторов по схеме потенциометра	автотрансформатора

8

Выбор образцового прибора производится: а) по роду тока; б) по его номинальной величине;

в) по классу точности.

Род тока, на котором производится поверка, определяется системой поверяемого прибора, его конструкцией, свойствами и назначением. Приборы электромагнитной системы – на постоянном или на переменном токе, в зависимости от их конструктивных особенностей (конструкция термопреобразователя – у первых, род стали сердечника и его конструкция – у вторых). При выборе рода тока следует учитывать имеющийся на шкале поверяемого прибора знак рода тока.

При выборе образцового прибора по его номинальной величине необходимо, чтобы его верхний предел измерения был равен или близок верхнему пределу измерения поверяемого прибора, в противном случае относительные (но не приведенные) погрешности образцового прибора могут быть недопустимо велики.

По ГОСТ 8.947-83 выбор образцового прибора прежде всего определяется необходимым соотношением пределов допускаемой основной погрешности образцового СИ и поверяемого прибора, которое должно быть не более 1:5. Допускается соотношение 1:3 при поверке амперметров и вольтметров класса точности 0,5 и более точных и 1:4 при поверке приборов класса точности 1,0 и менее точных.

Пределы измерений образцового и поверяемого приборов желательно иметь одинаковые. Можно использовать образцовый прибор с большим пределом измерений, чем у поверяемого, но в этом случае он должен иметь более высокий класс точности.

Класс точности образцового прибора можно рассчитать по формуле:

K0 ≤ βKn ANn ,

AN 0

где К0, Кп – класс точности образцового и поверяемого приборов соответственно; β – требуемое соотношение между погрешностями образцового и поверяемого при-

боров (1:5; 1:4 или 1:3);

Ano, ANn – нормирующее значение (предел измерения) образцового и поверяемого приборов.

Далее следует выбрать систему образцового прибора магнитоэлектрической системы в качестве образцовых применяют приборы той же системы.

При поверке приборов других систем в качестве образцовых, рекомендуется применять приборы электродинамической системы. Можно применять и приборы электромагнитной системы, однако невысокая точность этих приборов (класс 0,5) ограничивает их применение при поверке методом сличения.

Затем производится определение погрешностей поверяемого прибора.

При ведомственной периодической поверке технических приборов электромеханической группы на каждом оцифрованном значении шкалы определяются:

1. Абсолютная погрешность (при возрастании измеряемого параметра А/ и при его убывании А//):

А/=А – А0/;

А//=А – А0//,

где А0/ , Ао// – значение образцового прибора при возрастании (А0/ ) и убывании (Ао//) для одного и того же показания А технического прибора.

9

2.

Относительная погрешность:

A/

γ / =

100%;

A

γ // =

A//

100%.

A

3.

Вариация:

B =

A/|

− A//

100% .

0

0

AH

4.

Относительная приведенная погрешность:

γ пр/

=

A/|

100%;

AH

;

A//

γ np//

=

100%.

5.

Поправка:

AH

A/

+ A//

δA = −

2

.

Результаты расчетов этих показателей свести в таблицу (табл. 3) и построить кривую поправок δА(А). При построении кривой δА(А) точки значений поправок следует соединить прямыми линиями.

Таблица 3

№

Показания приборов

Погрешности

Поправка

наблю-

пове-

образцового

абсолютные

приведенные

блю-

ряемого

ход вверх

ход вниз

сред.

дения

Ап

В

дел.

ед.

дел.

ед.

ед.

ход

ход

ход

ход

ед. изм.

изм.

изм.

изм.

вверх,

вниз,

вверх,

вниз,

ед. изм.

ед. изм.

%

%

По результатам значений относительной приведенной погрешности, величина которой ни на одном оцифрованном значении не должна превышать класс точности прибора, сделать вывод о пригодности к применению поверяемого прибора.

В случае превышения γпр класса точности поверяемый прибор переводится в другой класс точности или направляется в ремонт.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению задачи № 2 контрольной работы

Теоретический материал для решения может быть почерпнут из рекомендуемой ли-

тературы [1, стр. 55–72, 81–94; 3, стр. 28–63; 4, стр. 80–112].

В данной задаче рассматриваются вопросы обработки результатов измерений.

При практическом использовании тех или иных измерений важно оценить их точность. Термин «точность измерений», т.е. степень приближения результатов измерений к

10