Реферат

Реферат Описание и применение пирометров

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 22.11.2024





1. Описание и применение пирометров

Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называют пирометрами.

Пирометры – бесконтактные измерители температуры по-прежнему являются незаменимыми элементами цепей контроля и управления в целом ряде отраслей промышленности – металлургической, машиностроительной, электронной, химической, медико-биологической и т.д. Им нет альтернативы при измерении температуры движущихся (например металл на прокатном стане), труднодоступных или находящихся в опасных зонах (подстанции высокого напряжения) объектов. Они позволяют контролировать температуру от 100 до 6000 0С и выше. Одним из главных достоинств данных устройств является отсутствие влияния измерителя на температурное поле нагретого тела, так как в процессе измерения они не вступают в непосредственный контакт друг с другом. Поэтому данные методы и получили название бесконтактный.

Принцип действия пирометра заключается в измерении силы теплового излучения, исходящего от объекта преимущественно в диапазонах видимого света и инфракрасного излучения.

Изначально термин «пирометр» использовался для обозначения прибора, предназначенного для измерения температуры по яркости предельно нагретого предмета. На сегодняшний день понятие несколько расширилось, поскольку, с развитием технологий появились абсолютно новые приборы – инфракрасные пирометры.

Пирометры могут быть:

· Односпектральными. Такие пирометры принимают излучения только в одном спектральном диапазоне. Односпектральные пирометры в свою очередь подразделяются на радиационные (мощность теплового излучения переводится в температуру) и яркостные (в диапазоне красного света измеряются яркости эталонного объекта и объекта измерения). В эту подгруппу входят пирометры полного излучения.

· Мультиспектральными. Также их называют цветовыми или пирометрами спектрального отношения.

На основании законов излучения разработаны пирометры следующих типов:

1. пирометр суммарного излучения (ПСИ) – измеряется полная энергия излучения;

2. пирометр частичного излучения (ПЧИ) – измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участки спектра;

3. пирометры спектрального отношения (ПСО) – измеряется отношение энергии фиксированных участков спектра.
Пирометры применяют в различных отраслях. Сфера их применения достаточно широка:

Ø                      Измерения температур опасных для человеческого организма поверхностей и сред, в том числе, горячих.

Ø                      Измерение температурных показателей недоступных и труднодоступных объектов.

Ø                      Сканирование для поиска холодных или горячих точек.

Ø                      Диагностические работы с электро- и теплооборудованием.

Ø                      Быстрое (мгновенное) определение температуры объектов, которые пребывают в движении.

Ø                      Профилактика и диагностика ж/д и автотранспорта.

Ø                      Поддержание противопожарной безопасности.

Ø                      Контроль и проверка систем кондиционирования, вентиляции и отопления.

Ø                      Электроаудит и электродиагностика.

Ø                      Работы по профилактике оборудования в любой отрасли промышленности.

Большая часть пирометров разрабатывалась и выпускалась на Украине: на Каменец-Подольском приборостроительном заводе (КППЗ), Харьковском заводе "Прибор" и во Львовском НПО "Термоприбор". В целом парк приборов СССР составлял 200-300 тыс. приборов, большую часть которых (до 70-80%) составляли визуальные пирометры с исчезающей нитью типа "Проминь". Серийный выпуск пирометров  в ограниченных объёмах (всего около 15-25% от общего количества) проводился в Москве, Ленинграде, Свердловске, Горьком, который в настоящее время прекращен. Основную массу парка приборов составляли приборы с основной погрешностью 1-5%.

Использование современной элементной базы существенно расширило возможности этих приборов и позволило наделить их новыми свойствами – помимо измерения они могут теперь проводить обработку полученной информации и осуществлять сложные действия по управлению технологическим процессом. Снизился их вес, уменьшились габариты, приборы стали проще и удобнее в эксплуатации.

Все это оказалось возможным благодаря применению в приборах новой элементной базы, включающей микропроцессоры. Использование электроники нового поколения позволило также снизить процент отказов приборов как за счет уменьшения количества используемых элементов, так и за счет высокой надежности каждого из них. Кроме того, более корректно учитывается влияние излучательной способности измеряемого объекта и температуры окружающей среды, что позволило повысить точность измерений в цеховых условиях. Высокая стабильность источников опорного напряжения и цифровое преобразование сигнала приемника излучения в температуру создали предпосылки для увеличения межповерочного интервала пирометров.

Применение пирометров.

Пирометры находят с каждым годом все более широкое применение в самых различных отраслях промышленности и научных исследованиях. Причем во многих случаях применение их оказывается не только предпочтительным по сравнению с контактными средствами измерения температуры, т. е. термометрами, но и единственно возможным.

Это, прежде всего, касается измерения температуры объектов, контакт с которыми затруднен или невозможен, вследствие движения объекта (струя металла при выпуске из печи или ковша, слиток в процессе проката, лопатка вращающейся турбины), его удаленности или недоступности (линии электропередач, изделия в вакуумных печах или камерах).

Поскольку пирометры принципиально не имеют ограничения верхнего предела измерения и не требуют контакта с объектом, то они применяются для измерения высоких и сверхвысоких температур (пламени, плазма), для измерения температуры агрессивных сред (жидкий металл, особенно цветной). Термометры при таких измерениях теряют свои метрологические свойства или просто разрушаются.

Применение пирометров предпочтительно в ряде случае при автоматизации процесса там, где необходим непрерывный контроль температуры, при измерении температуры в быстропротекающих процессах (взрыв, вспышка, импульсный нагрев), так как постоянная времени фотоэлектрических приемников излучения чрезвычайно мала и это делает пирометрический контроль практически безынерционным.

И, наконец, пирометры необходимы в тех случаях, когда недопустимо искажение температурного поля объекта, которое может произойти в результате контакта термометра с объектом измерения. Это элементы микросхем, биологические объекты и т. п. При необходимости иметь картину температурного поля объекта (термограмму) незаменимы сканирующие пирометры (тепловизоры).

Преимущества и недостатки пирометрического (бесконтактного) метода перед контактными.

Перед контактными методами измерения температуры пирометрические обладают следующими преимуществами:

    - высоким быстродействием, определяемым типом приемника излучения и схемой обработки электрических сигналов. При использовании квантовых приемников излучения (фотодиодов) и быстродействующих аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) постоянная времени может составлять 10-2 – 10-6 с.;

    - возможностью измерения температуры движущихся объектов и элементов оборудования, находящихся под высоковольтным потенциалом;

    - отсутствием искажения температурного поля объекта контроля, что особенно актуально при измерении температуры материалов с низкой теплопроводностью (дерево, пластик и др.), а также риска повреждения поверхности и формы в случае мягких (пластичных) объектов;

    - возможностью измерения высоких температур, при которых применение контактных средств измерения либо невозможно, либо время их работы очень невелико;

    - возможностью работы в условиях повышенной радиации и температуры окружающей среды (до 250°С) при разнесении приемной головки и электроники пирометра с помощью оптоволоконного кабеля.

Основными недостатками пирометрических измерений температуры являются трудности полного учета связей между термодинамической температурой объекта и регистрируемой пирометром тепловой радиацией. Необходимо учитывать изменение излучательной способности поверхности e от длины волны l
в регистрируемом спектральном диапазоне и от температуры T
в диапазоне измерений, наличие поглощения излучения в среде между пирометром и объектом контроля, геометрические параметры поля зрения пирометра и его оптической системы, температуру окружающей среды и корпуса прибора. Рассмотрим основные факторы, влияющие на точность результатов измерений пирометром более подробно:

а)  Как известно, пирометр вычисляет температуру объекта измеряя поток теплового излучения с некоторой части его поверхности в рабочей области спектра (либо используя отношение потоков в двух и более областях спектра – в пирометрах спектрального отношения).

Для расчета плотности излучения в заданном спектральном интервале применяют закон Планка, который является основным и наиболее общим законом в теории теплового излучения:






                                                 , Вт/см3,  где ε - излучательная способность, С1 и С2 – первая и вторая постоянные Планка, l - длина волны, Т – температура.

Объект, полностью поглощающий падающее на него излучение, обладает наибольшей излучательной способностью e = 1 и называется “абсолютно черным телом” (АЧТ). Реальные объекты имеют излучательную способность меньше 1 и, следовательно, излучают меньше энергии. Проблема заключается в том, что для большинства реальных объектов излучательная способность зависит от температуры и длины волны, т.е. e = f(l,T), а также от многих других факторов – материала и формы объекта, состояния поверхности, наличия оксидной пленки, конденсата влаги и т.п (см. рис. 1).
Излучательная способность

Рис. 1. Излучательная способность АЧТ и реальных объектов

Дерево, пластик, органические материалы, камень, графит имеют излучательную способность около 0.8-0.95, в противоположность им излучательная способность металлов может изменяться в очень широких пределах, зависит от температуры и длины волны. Поверхность расплавленного металла образует гладкое зеркало, излучательная способность которого может быть менее 0.1, а излучательная способность плавающего на поверхности шлака может достигать значений 0.9-0.95.

Для корректного измерения температуры необходимо точно указать пирометру излучательную способность объекта, для определения которой можно воспользоваться справочными данными либо некоторыми практическими методами.

б)  Между пирометром и объектом не должно быть препятствий непрозрачных в рабочей области спектра  пирометра, в противном случае, в результате уменьшения потока излучения, показания пирометра будут занижены. Объект измерения, напротив, должен быть непрозрачным в данной области спектра.

Значительные погрешности возникают также при загрязнении поверхностей оптической системы пирометра, что приводит к необходимости их периодической очистки, или, в особо тяжелых условиях, к непрерывному обдуву чистым воздухом.

в)  Оптическая система формирует поле зрения пирометра – область пространства, в пределах которой производится измерение температуры. Для корректного проведения измерений необходимо чтобы объект полностью перекрывал поле зрения. В противном случае, во первых, поток теплового излучения попадающий на приемник (датчик) пирометра от объекта измерения уменьшится пропорционально сокращению перекрываемой объектом площади, во вторых, на приемник будет попадать излучение заднего фона (объектов, расположенных за объектом измерения).

В качестве параметра, определяющего диаметр поля зрения пирометра, обычно используют “показатель визирования” h, равный отношению диаметра поля зрения к расстоянию до точки измерения.

Наиболее точно рассчитать диаметр поля зрения  возможно при использовании диаграммы поля зрения  пирометра, на которой приводится диаметр (или радиус) поля зрения в зависимости от расстояния до объекта измерения.

г)  Пирометром может быть измерена только температура поверхности объекта, измерение температуры внутри объекта возможно лишь путем нарушения его целостности (что справедливо и для контактных средств измерения).

д)  Для настройки и поверки пирометров необходимо использовать модели АЧТ, излучательная способность которых близка к единице и определена с высокой точностью.


2. Классификация. Принцип действия. Схема конструкции.

2.1.Пирометры частичного излучения

К данному типу пирометров, измеряющих яркостную температуру объекта, относятся монохроматические оптические пирометры и фотоэлектрические пирометры, измеряющие энергию потока в узком диапазоне длин волн.

Оптические пирометры.



Принцип действия оптических пирометров основан на использовании зависимости плотности потока монохроматического излучения от температуры. На (рис. 11) представлена схема оптического пирометра с "исчезающей" нитью, принцип действия которого основан на сравнении яркости объекта измерения и градуированного источника излучения в определенной длине волны.

Изображения излучателя 1 линзой 2 и диафрагмой 4 объектива пирометра фокусируется в плоскости нити накаливания лампы 5. Оператор через диафрагму 6 линзу 8 окуляра и красный светофильтр 7 на фоне раскаленного тела видит нить лампы. Перемещая движок реостата 11, оператор изменяет силу тока, проходящего через лампу, и добивается уравнивания яркости нити и яркости излучателя. Если яркость нити меньше яркости тела, то она на его фоне выглядит черной полоской, при большей температуре нити она будет выглядеть, как светлая дуга на более темном фоне. При равенстве яркости излучателя и нити последняя "исчезает" из поя зрения оператора. Этот момент свидетельствует о равенстве яркостных температур объекта измерения и нити лампы. Питание лампы осуществляется с помощью батареи 10. Прибор 9, фиксирующий силу тока, протекающего в измерительной цепи, заранее проградуирован в значениях зависимости между силой тока и яркостной температурой АЧТ, что позволяет производить считывание результата в 0С.

Данный тип пирометров позволяет измерять температуру от 700 до 8000 0С. Для оптических пирометров промышленного применения в интервале температур 1200¸2000 0С
основная допустимая погрешность измерения составляет ±20 0С. На точность измерения влияют неопределенность и изменяемость спектральной степени черноты, возможное изменение интенсивности излучения за счет ослабления в промежуточной среде, а так же за счет отражения посторонних лучей.

Фотоэлектрические пирометры.

Фотоэлектрические пирометры частичного излучение обеспечивают непрерывное автоматическое измерения и регистрацию температуры. Их принцип действия основан на использовании зависимости интенсивности излучения от температуры в узком интервале длин волн спектра. В качестве приемников в данных устройствах используются фотодиоды, фотосопротивления, фотоэлементы и фотоумножители.

Фотоэлектрические пирометры частичного излучения делятся на две группы:

1)пирометры, в которых мерой температуры объекта является непосредственно величина фототока приемника излучения;

2) пирометры, которые содержат стабильный источник излучения, при чем фотоприемник служит лишь индикатором равенства яркостей данного источника и объекта.



На (рис. 12) приведена схема фотоэлектрического пирометра, относящегося ко второй группе пирометров. В нем в качестве приемника излучения применяется фотоэлемент. Поток от излучателя 1 линзой 2 и диафрагмой 3 объектива фокусируется на отверстии 7 в держателе светофильтра 5 таким образом, чтобы изображение визируемого участка поверхности излучателя перекрывало данное отверстие. В этом случае величина светового потока, падающего на катод фотоэлемента 6, расположенного за светофильтром, определяется яркостью излучателя, т. е. его температурой. В держателе светофильтра расположено еще одно отверстие 8, через которое на фотоэлемент попадает поток от лампы обратной связи 17. Световые потоки от излучателя 1 и лампы 17 подаются на катод попеременно с частотой 50 Гц, что обеспечивается с помощью вибрирующей заслонки 9. Возвратно-поступательное движение заслонки обеспечивается с помощью катушки возбуждения 10 и постоянного магнита 12. В вибраторе происходит перемагничивание стального якоря 11, который с частотой 50 Гц поочередно притягивается полюсами магнита 12 и перемещает заслонку 9.

При различии световых потоков излучателя 1 и лампы 17 в токе фотоэлемента появится переменная составляющая, имеющая частоту 50 Гц и амплитуду, пропорциональную разности данных потоков. Усилитель 13 обеспечивает усиление переменной составляющей, а фазовый детектор 14 последующее ее выпрямление. Полученный выходной сигнал подается на лампу, что вызывает изменение силы тока накаливания. Это будет происходить до тех пор, пока на катоде фотоэлемента световые потоки от двух источников не уравняются. Следовательно, ток лампы обратной связи однозначно связан с яркостной температурой объекта измерения.

В цепь лампы 17 включено калиброванное сопротивление 16, падение напряжения на котором пропорционально силе тока и измеряется быстродействующим потенциометром 15, снабженным температурной шкалой. Окуляр 4 обеспечивает наводку устройства на объект измерения.

В фотоэлектрических пирометрах с пределами измерения от 500 до 1100 0С применяют кислородно-цезиевый фотоэлемент, а в приборах со шкалой 800¸4000 0С вакуумный сурьмяно-цезиевый. Сочетание последнего с красным светофильтром обеспечивает получение эффективной длины волны пирометра 0.65±0.01 мкм, что приводит к совпадению показаний фотоэлектрического пирометра с показаниями визуального оптического пирометра.

Оптические пирометры, с исчезающей нитью.

Принцип действия оптического пирометра с исчезающей нитью основан на сравнении монохроматической яркости излучения накаленного тела с монохроматической яркостью излучения нити специальной пирометрической лампы  накаливания. Принципиальная схема оптического пирометра типа ОППИР-017 приведена на рис.1а.



Рис.1

Оптическая система пирометра представляет собой телескоп с объективом (1) и окуляром (4). Перед окуляром помещен красный светофильтр (3). Спектральная характеристика пропускания светофильтра подбирается с учетом спектральной чувствительности глаза так, чтобы при рассматривании объекта через светофильтр наибольшая видимая яркость соответствовала бы длине волны около 0,65 мкм. В фокусе объектива находится вольфрамовая нить пирометрической лампочки (5). Нить лампочки питается от аккумулятора; ее накал можно регулировать вручную реостатом (6). В поле зрения телескопа наблюдатель видит участок излучающей поверхности накаленного тела (объекта измерения) и на этом фоне – нить лампочки (рис.1б). Если яркости нити и накаленного тела неодинаковы, нить будет видна более темной или более светлой, чем фон. Регулируя накал нити реостатом, наблюдатель добивается равенства яркостей, при этом изображение нити сольется с фоном и станет неразличимо (нить "исчезнет"). В этот момент яркостная температура нити равна яркостной температуре объекта измерения. Глаз весьма чувствителен к различению яркостей и момент "исчезновения" нити улавливается с достаточной уверенностью. Показывающий прибор (8), включенный в цепь нити накаливания, градуируется по образцовому пирометру или по температурным лампам, в °С яркостной температуры.

Как указывалось выше, если объект измерения по своей излучающей способности близок к абсолютно черному телу, то показываемая пирометром яркостная температура равна истинной температуре объекта. Однако излучающая способность реальных физических тел не достигает излучающей способности абсолютно черного тела. Поэтому при одинаковой яркости излучения, т.е. при одинаковой яркостной температуре, истинная температура Т реального физического тела будет выше яркостной температуры ТS, показываемой оптическим пирометром. Соотношение истинной и яркостной температур определяется выражением



                ( 1 )

где, Т и ТS - истинная и яркостная температуры в градусах абсолютной шкалы;

 - длина волны света, в котором измеряется яркостная температура (для оптических пирометров обычно = 0,65 мкм);

с2 - 1,438 см/град. – постоянная;

* - коэффициент излучательной способности (коэффициент черноты) реального тела для длины волны .

Коэффициент излучательной способности  всегда меньше единицы и больше нуля и колеблется в этих пределах в зависимости от материала, его состояния (жидкое, твердое) и шероховатости поверхности. Значительное влияние на величину коэффициента черноты оказывает наличие пленки окисла на поверхности раскаленного металла. Так, например, углеродистая сталь для = 0,65 мкм имеет в твердом состоянии = 0,35, в жидком - 0,37; наличие пленки окисла на твердой поверхности стали увеличивает коэффициент черноты до 0,8.

Для определения истинной температуры объекта в показания оптического пирометра необходимо вносить поправку, определяемую на основе формулы (1) или по таблицам, составленным по той же формуле. При этом величина поправки может быть значительной. Например, при коэффициенте черноты = 0,35 и яркостной температуре 2400°С истинная температура составляет 2795°С.

Колебания коэффициента черноты в зависимости от состава и температуры металла и состояния его наблюдаемой поверхности являются одним из основных источников погрешностей измерения температуры оптическими пирометрами.

Во избежание перегрева нити, ее температура не должна превышать 1500°С, поэтому при измерениях в диапазоне более высоких температур перед лампой устанавливается поглощающий светофильтр (7), уменьшающий видимую яркость излучения объекта.

Отечественные пирометры выпускаются с диапазонами измерения 1200-3200 и 1500-6000°С. Диапазон измерения прибора может быть разбит на два поддиапазона, в этом случае пирометр имеет две шкалы. Переход с одного диапазона на другой осуществляется введением или выведением поглощающего светофильтра.

Для питания оптического пирометра типа ОППИР-017 применяется сдвоенный щелочной аккумулятор НКН-10. Сила тока в лампе регулируется реостатом. Электроизмерительный показывающий прибор представляет собой дифференциальный амперметр с двумя рамками, который реагирует на изменение тока в цепи питания и напряжения на параметрической лампе. При этом автоматически учитывается изменение сопротивления нити лампы от температуры ее накала. Время установления показания после включения прибора не превышает 8с. Основная допустимая погрешность измерения яркостной температуры зависит от диапазона температур и составляет от 1 до 25% от верхнего предела используемой, шкалы прибора.

Существуют также оптические пирометры, в которых сличение яркостей нити и объекта производится не визуально, а фотоэлектрическим устройством, что позволяет автоматизировать измерение и повысить точность определения яркостной температуры. Однако схема и конструкция прибора при этом существенно усложняются.

2.
2. Пирометры спектрального излучения


Пирометры данного типа измеряют цветовую температуру объекта по отношению интенсивностей излучения в двух определенных участках спектра, каждая из которых характеризуется эффективной длиной волны .



На (рис. 13) приведена схема двухканального пирометра спектрального отношения (ПСО), в котором преобразование энергии получения в электрические сигналы производится с помощью двух кремниевых фотодиодов. Поток излучения от объекта измерения 1 с помощью оптической системы, состоящей из линз 2, апертурной и полевой диафрагмы 3, передается на интерференционный светофильтр 4. Последний обеспечивает выделение двух потоков, каждый из которых характеризуется собственным спектром. Данные потоки попадают на кремниевые фотодиоды 7, которые преобразуют излучение в фототок, протекающий через сопротивление R1 и R2, включенные в измерительную схему вторичного регистрирующего прибора – логометра. Разность падений напряжений на сопротивлениях подается на вход усилителя 5, выходной сигнал которого поступает на реверсивный двигатель 6, перемещающий движок реохорда R2 и стрелку относительно шкалы наступления баланса, соответствующего измеряемой температуре.

Интерференционный фильтр 4 является полупрозрачным зеркалом, имеющем высокий коэффициент пропускания в одной и высокий коэффициент отражения в другой области спектра. Зеркало 8 и окуляр 9 обеспечивают визуальную наводку объектива пирометра на объект измерения. Для уменьшения погрешности от влияния окружающей температуры фильтр 4 и приемники излучения 7 помещены в термостат.

ПСО используются для измерения температур твердого и расплавленного металла в широком интервале температур от 300 до 2200 0С и имеют класс точности 1 и 1.5 (в зависимости от предела измерения). Данные пирометры имеют в 3-5 раз меньшую методическую погрешность, связанную с изменением степени черноты излучателя. На их показания значительно меньше влияют поглощения промежуточной среды. Однако в тех случаях, когда объект характеризуется селективным излучением (степень черноты при одной и той же температуре резко изменяется с длиной волны), погрешность ПСО может быть выше погрешности пирометров излучения других типов. ПСО более сложны и менее надежны, чем другие приборы.

Цветовые пирометры.

Действие этих пирометров основано на том, что с изменением температуры меняется цвет накаленного тела. При этом, если выделить в спектре излучения накаленного тела два монохроматических излучения с длинами волн и  (соответствующих, например, красному и синему свету), то с изменением цвета будет меняться соотношение яркостей этих излучений.

Для абсолютно черного тела отношение монохроматических яркостей излучений длин волн и  будет

(1)

или

(2)

Обозначения те же, что и в формуле (1).

Для нечерного тела, обладающего в длинах волн и  неодинаковыми коэффициентами излучательной способности и  отношение яркостей будет

(3)

Многие металлы (сталь, чугун, алюминий, платина и др.), имеют практически одинаковый коэффициент излучательной способности во всем спектре видимого излечения. Тела, обладающие этим свойством называют "серыми" телами. Для "серого" тела  =  и Р = Ру, т.е. соотношение монохроматических яркостей при данной температуре Т такое же, как у абсолютно черного тела.

Как видно из формул (2) и (3) отношение монохроматических яркостей для двух заданных длин волн является однозначной функцией абсолютной температуры тела Т. В цветовых пирометрах измерение температуры осуществляется по величине отношения монохроматических яркостей накаленного тела в красной и синей областях спектра. Принципиальная схема цветового пирометра ЦЭП-2М представлена на рис.2.



Рис.2.

Излучение объекта измерения через защитное стекло (1) и объектив (2) падает на фотоэлемент (4). Между объективом и фотоэлементом установлен вращающийся диск (обтюратор)(3), в который вставлены два светофильтра – красный и синий. Благодаря этому фотоэлемент попеременно освещается красным и синим светом и выдает поочередно импульсы тока, пропорциональные монохроматическим яркостям красного и синего излучений накаленного тела. Эти импульсы усиливаются усилителем (5) и преобразуются специальным электронным логарифмирующим устройством (6) в постоянный ток, сила которого пропорциональна величине lnR, т.е. линейно зависит от обратной величины абсолютной температуры тела. Выходной ток логарифмирующего устройства измеряется и регистрируется показывающим и регистрирующим магнитоэлектрическим гальванометром (7), шкала и диаграмма которого градуированы в град. Прибор градуируется по абсолютно черному телу, поэтому его показания соответствуют истинной температуре абсолютно черного тела, а также "серых" тел.

Диапазон измерения пирометра ЦЭП-2М от 1400 до 2500°С. Этот диапазон разбит на несколько поддиапазонов. Переход от одного поддиапазона к другому производится с помощью специальных добавочных светофильтров.

В отличие от пирометров с исчезающей нитью на показания цветового пирометра практически не влияют изменения коэффициента излучающей способности тела, обусловленные изменением его температуры, состояния поверхности, состава и другими причинами, а также не влияет ослабление излучения не вполне прозрачной атмосферой между объектом и датчиком. Благодаря этому цветовой пирометр обеспечивает высокую точность измерения: основная погрешность при измерении температуры "серых" тел не превышает ±1% верхнего предела измерения для данного поддиапазона. Пирометр ЦЭП-2М предназначен для не непрерывного измерения и регистрации температуры в металлургической промышленности и может также быть использован в системах автоматического регулирования производственных процессов.

2.3. Пирометры суммарного излучения

Пирометры суммарного излучения измеряют радиационную температуру тела, поэтому их часто называют радиационными. Принцип действия данных измерителей температуры основан на использовании законаСтефана-Больцмана. Однако в случае применения оптических систем в ПСИ определение температуры ведется по плотности интегрального излучения не во всем интервале длин волн, а значительно меньшем: для стекла рабочий спектральный диапазон составляет 0.4¸2.5, а для плавленого кварца 0.4¸4 мкм.



Датчик пирометра выполняется в виде телескопа, линза объектива которого фокусируется на термочувствительном приемнике излучения нагретого тела. В качестве термочувствительного элемента используются термопары, термобатареи, болометры (металлические и полупроводниковые), биметаллические спирали и т. п. Наиболее широко применяются термобатареи (рис. 14 а), в которых используется 6-10 миниатюрных термопар (например, хромель-копелевые), соединенных последовательно. Поток излучения попадает на расклепанные в виде тонких зачерненных лепестков рабочие концы 4 термопар 2. Свободные концы термопар привариваются к тонким пластинкам 1, закрепленным на слюдяном кольце 3. Металлические выводы 5 служат для присоединения к измерительному прибору, в качестве которого обычно используются потенциометры или милливольтметры.

Рабочие концы термопар поглощают падающую энергию и нагреваются. Свободные концы находятся вне зоны потока излучения и имеют температуру корпуса телескопа. В результате возникновения перепада температур термобатарея развивает термо-ЭДС, пропорциональную температуре рабочих спаев, а следовательно, и температуре объекта измерения. Градуировка пирометров производится при температуре корпуса 20±2 0С, поэтому повышение данной температуры приводит к уменьшению перепада температур в термопарах приемника излучения и к появлению значительных дополнительных погрешностей. Так, при температуре корпуса 40 0С дополнительная погрешность (при прочих равных условиях) составит ±4 0С. Для снижения этой погрешности пирометры снабжаются компенсирующими устройствами: электрическим шунтом или биметаллической пружиной.

На (рис. 14б) показано устройство телескопа ПСИ. Он включает: корпус 1 с диафрагмой 7; объектив, имеющий стеклянную или кварцевую линзу 2, устанавливаемую во втулке 13, ввинчиваемой в корпус; блок термобатареи, состоящей из самой термобатареи 3, корпуса 5, отростка, на который навинчивается подвижная диафрагма 6, и контактных винтов 10; компенсационное медное сопротивление 4, шунтирующее термобатарею и обеспечивающее уменьшение влияния измерений температуры телескопа на показания пирометра; окуляр, включающий линзу 8 и защитное стекло 9. Фланец 11 служит для крепления корпуса к защитной арматуре, обеспечивающей работу пирометра в тяжелых условиях металлургического производства.

Получение стандартной градуировки обеспечивается перемещением диафрагмы 6, зубчатый венец которой сочленен с зубьями трубки 12.

Диафрагма, устанавливаемая в телескопе, ограничивает телесный угол визирования, что исключает влияние на показания размеров излучателя и его расстояния от пирометра. При этом на термобатарею попадает излучение только с определенного небольшого участка объекта измерения. Размеры этого участка определяются по показателю визирования, который является отношением наименьшего диаметра излучателя к расстоянию от объекта измерения до объектива телескопа. При этом изображение круга, вписанного в излучатель, полностью перекрывает отверстие диафрагмы 6, находящейся перед термобатареей. Телескопы с показателем визирования более 1/16 являются широкоугольными, а с показателем, равным или меньшим 1/16, - узкоугольными.

При измерении температуры в схему пирометра между телескопом и вторичным прибором (милливольтметром или потенциометром) включается панель уравнительных и эквивалентных сопротивлений – панель взаимозаменяемости телескопов типа ПУЭС. Она обеспечивает постоянную нагрузку телескопа при работе с одним или двумя вторичными приборами, а также замену телескопа одной градуировки на телескоп другой градуировки. Защита пирометра от пыли, высокой температуры, механических воздействий обеспечивается с помощью специальной защитной арматуры.

Сопротивление соединительной линии между ПСИ и потенциометром не должно превышать 200 Ом, а при работе с милливольтметром оно равно 5 Ом.

ПСИ имеют меньшую точность по сравнению с другими пирометрами. Методические погрешности измерения температуры при использовании ПСИ возникают вследствие значительной ошибки определения интегральной степени черноты , из-за неправильной наводки телескопа на излучатель, из-за влияния излучения кладки (измерение температуры металла в печах) и из-за поглощения энергии водяными парам и углекислым газом, содержащихся в слое воздуха, находящегося между излучателем и пирометром. Вследствие последней причины оптимальным считается расстояние 0.8-1.3 м.

Вид материала линзы определяет интервал измеряемых температур и градуировочную характеристику. Стекло из флюорита обеспечивает возможность измерения низких температур начиная с 100 0С, кварцевое стекло используется для температуры 400¸1500 0С, а оптическое стекло для температур 950 0С и выше.

ПСИ измеряют температуру от 100 до 3500 0С. Основная допустимая погрешность технических промышленных пирометров возрастает с увеличением верхнего предела измерения и для температур 1000, 2000 и 3000 0С составляет соответственно ±12; ±20 и ±35 0С.

Радиационные пирометры.

В отличие от оптических пирометров с исчезающей нитью и цветовых пирометров, в радиационных пирометрах используется тепловое действие полного излучения нагретого тела, включая как видимое, так и не видимое излучение. В связи с этим радиационные пирометры называются также пирометрами полного излучения. В качестве чувствительного элемента в радиационных пирометрах используется термобатарея из нескольких миниатюрных последовательно соединенных термопар 2 (рис.3), рабочие спаи которых нагреваются излучением объекта измерения (1), фокусируемых с помощью оптической системы (3). Возникающая Т.Э.Д.С. измеряется с помощью милливольтметра или автоматического потенциометра (4), градуированного в градусах.



Рис.3
Зависимость между полной энергией излучения абсолютно черного тела и его температурой выражается уравнением

                 ( 4 )

где, ET - полная энергия излучаемая телом при абсолютной температуре Т за одну секунду с поверхности площадью 1 см2;

- коэффициент пропорциональности равный 5,75 вт/см2 град.4

Для тел, не являющихся абсолютно черными,

               ( 5 )

где,  - коэффициент излучающей способности, определенный для полного излучения тела.

Радиационные пирометры градуируются по абсолютно черному телу и показывают так называемую "радиационную" температуру. Связь между истинной температурой тела и его радиационной температурой, показываемой прибором, находится из формул (4) и (5).

(6)

где, Тр - радиационная температура тела, показываемая радиационным пирометром. Так как <1, то истинная температура больше радиационной. Поправка, которые необходимо вносить в показания радиационного пирометра для определения истинной температуры, могут достигать нескольких сотен градусов, если объект измерения по своим радиационным свойствам значительно отличается от абсолютно черного тела.

Положительной особенностью радиационных пирометров является то, что их можно применять также и для измерения невысоких температур, при которых объект измерения не дает видимого излучения. Возможно также измерение температуры тел, более холодных, чем окружающая среда. В последнем случае термобатарея не нагревается, а охлаждается во время радиационного теплообмена между ней и объектом измерения. В условиях, когда разница температур объекта измерения и окружающей среды невелика, необходимо тщательное термостатирование свободных концов термопар или всего корпуса телескопа пирометра.

В настоящее время радиационные пирометры применяются для измерения температур в диапазоне от -40 до 2500°С. Особенно удобно применение радиационных пирометров для бесконтактного измерения невысоких температур, при которых методы оптической и цветовой пирометрии неприемлемы, например, для измерения невысоких температур движущихся предметов.

Радиационные пирометры, как и цветовые, пригодны для непрерывного измерения и регистрации температуры, а также для применения в системах автоматического регулирования. При измерении температуры тел, близких по излучающей способности к абсолютно черному телу, основная погрешность измерения не превышает 1% верхнего предела измерения. Для обеспечения точности измерения радиационным пирометром необходимо, чтобы изображение объекта, создаваемое объективом на рабочих спаях термопар, полностью покрывало рабочие спаи. Для большинства применяемых типов радиационных пирометров диаметр излучающей поверхности объекта должен быть не менее  расстояния от объектива до излучающей поверхности. При слишком малой излучающей поверхности показания прибора будут заниженными. Источником погрешностей измерения может быть также недостаточная прозрачность среды между телескопом и объектом измерения и загрязнение оптики телескопа. Для защиты пирометров от случайных повреждений различными выбросами газов и раскаленных частиц, например, при измерении температуры в топках котлов применяют так называемые капильные трубки. Калильную трубку изготавливают из огнеупорного материала и помещают в топку котла закрытым концом внутрь. Пламенем топки трубка быстро нагревается, и температура ее становится равной температуре топки. Телескоп радиационного пирометра направляется во внутреннюю полость трубки, выполняющей роль излучателя, и затем в обычном порядке производят измерение температуры.

2.4. Прецизионные пирометры серии ПД-4

3Прецизионные стационарные пирометры серии ПД-4 благодаря высокому оптическому разрешению обеспечивают возможность измерения температуры малых объектов, высокоскоростной процессор позволяет обрабатывать и передавать на ПЭВМ и токовый выход до 50 измерений в секунду. Оптическая система наведения позволяет наблюдать область измерения температуры на фоне объекта контроля.


В пирометрах серии ПД-4 предусмотрено:

- изменяемое фокусное расстояние;

- изменение скорости измерений от 1 до 50 изм./c;

- программируемый цифровой фильтр;

- одновременный аналоговый и цифровой выходы;

- связь с ПЭВМ по интерфейсу RS-232 с гальванической развязкой;

- токовый выход с программируемым диапазоном температур и режимами тока 0-5, 0-20 и 4-20 мА;

- сигнализация обрыва токового выхода (5В, 20мА);

- два программируемых выходных ключа (5В, 20мА);

- контроль температуры корпуса прибора.

Питание пирометра осуществляется от входящего в комплект поставки источника постоянного тока 18 В, 600 мА.

Модификации прибора ПД-4-03, ПД-4-04 и ПД-4-06 предназначены для высокоточного измерения температуры в полостях образцовых излучателей типа моделей АЧТ, ампул реперных точек, поверки рабочих пирометрических средств. В пирометры устанавливаются интерференционные фильтры для обеспечения λэфф=656.3±10 нм и λэфф=950±10 нм. Модификация пирометра ПД-4-06 отличается более сложной схемой оптического тракта, в которую дополнительно устанавливаются оптические элементы для обеспечения параллельности хода лучей через интерференционный фильтр.

Основные технические характеристики пирометров ПД-4-03, ПД-4-04:

Исполнение

пирометра

Диапазон

измерений, °C

Эффективная длина волны, нм

ПД-4-03

1200-2500

656.3±10

ПД-4-04

1000-2300

950±10

Основная приведенная погрешность:          0.25%

Разрешающая способность:               0.01°C*

Показатель визирования                               1:300

Температура окружающей среды                 20±5°C

Коррекция                                                       0.1-1.5,

излучательной способности             шаг 0.001

Габариты (без визирного устройства)         Æ68,L=450мм                                  

Основные технические характеристики пирометров ПД-4-01, ПД-4-02, ПД-4-05:

Исполнение

пирометра

Диапазон

измерений, °C

Эффективная длина волны, нм

ПД-4-01

1000-2500

650±200

ПД-4-02

800-2300

950±200

ПД-4-05

800-2500

1550±200

Основная приведенная погрешность:          0.5%

Разрешающая способность:               0.01°C*

Показатель визирования                               1:100

Температура окружающей среды                 5¸40°C

Коррекция                                                       0.1-1.5,

излучательной способности             шаг 0.001

Габариты (без визирного устройства)         Æ68,L=400мм

Основные технические характеристики пирометра ПД-4-06:

Исполнение

пирометра

Диапазон

измерений, °C

Эффективная длина волны, нм

ПД-4-06

1000-2500

656.3±10

Основная приведенная погрешность:          0.2%

Разрешающая способность:               0.01°C*

Показатель визирования                               1:500

Температура окружающей среды                 20±5°C

Коррекция                                                       0.1-1.5,

излучательной способности             шаг 0.001

Габариты (без визирного устройства)         Æ68,L=500мм

*при включении цифрового фильтра

2.5. Портативные пирометры серии ПП-1

PT1_640480white

Портативные пирометры серии ПП-1 предназначены для бесконтактного измерения температуры поверхности объектов по их собственному тепловому излучению в диапазоне температур от –40 до +2000°C. Пирометры применяются для контроля состояния объектов и технологических процессов в различных отраслях, а также при проведении научных исследований.

Область применения:

- машиностроение;

- металлургия;

- энергетика;

- энергоаудит;

- жилищно-коммунальное хозяйство и др.

Благодаря использованию высококачественной германиевой оптики и специальных инфракрасных фильтров пирометры ПП-1 работают в спектральном диапазоне 8-14 мкм, в котором поглощение ИК-излучения атмосферой минимально. Наведение на объект контроля производится при помощи лазерного целеуказателя. Тепловое излучение объекта преобразуется датчиком в электрический сигнал, который после усиления обрабатывается микропроцессором и пересчитывается в значение температуры на основе калибровочных характеристик и излучательной способности объекта. Это значение температуры выводится на цифровой дисплей и записывается в энергонезависимую память пирометра, а также конвертируется в цифровой выходной сигнал и при помощи прикладного программного обеспечения Piro Visual отображается на дисплее компьютера.

В пирометрах серии ПП-1 предусмотрено:

- лазерный целеуказатель;

- цифровой фильтр;

- десятиразрядный ЖК-дисплей с подсветкой;

- энергонезависимая память на 20 измерений;

- коэффициент коррекции излучательной способности в диапазоне 0.1-1.5 с шагом 0.01;

- подключение внешней термопары типов S, R, B, J, T, E, K, N, A1, A2, A3, L, M;

- определение излучательной способности объекта при подключении внешней термопары;

- связь с ПЭВМ по интерфейсу RS-232 с гальванической развязкой;

- часы;

- измерение напряжения питания прибора;

- контроль температуры корпуса прибора;

- визуальная и звуковая сигнализация выхода параметров за допустимые значения;

- автоматическое отключение через заданное время.

Питание пирометра осуществляется от элемента типа «Крона», возможно подключение пирометра к внешнему стабилизированному источнику постоянного тока 9 В, 50 мА.

Основные технические характеристики пирометров ПП-1:

Конструктивное исполнение

Диапазон измеряемых температур,
°
С


Предел допускаемой основной абсолютной и приведенной погрешности

ПП-1-01

-20...400

4°С

ПП-1-02

100...1200

4°С в диапазоне температур от 100 до 400°С

1% в диапазоне от 400 до 1200°С

ПП-1-03

400...2000

1%

ПП-1-04

-40...2000

4°С в диапазоне температур от -20 до 400°С

1% в диапазоне от 400 до 2000°С



Разрешающая способность:               0.1°C

Показатель визирования                               1:50

Спектральная чувствительность                  8-14 мкм

Время установления показаний                   1 сек

Температура окружающей среды                 5-50°C

Коэффициент коррекции

излучательной способности             0.1-1.5, шаг 0.01

Габариты                                                        60х100х140 мм

2.6. Пирометрический преобразователь СТ-1

Большой популярностью в 70-х годах прошлого столетия пользовался пирометрический преобразователь суммарного излучения типа ТЕРА. Эти приборы широко использовались как промышленное средство дистанционного измерения температуры в автоматических системах регулирования технологических процессов в цветной металлургии, химической промышленности. Несмотря на простоту и дешевизну этих преобразователей, объясняющих их популярность, они обладают такими очевидными недостатками как наличие объектива диаметром 35 мм, низким показателем визирования, отсутствием стандартных токовых аналоговых и цифровых интерфейсов. В качестве альтернативы нами совместно с Омским государственным техническим университетом был разработан пирометрический преобразователь типа СТ-1.

96
 
- Питание, В                                                               30±0.5

- Выходные сигналы:

  аналоговый линейный, мА                        0-5

- Потребляемая мощность, Вт, не более                  10



3. Метрологические характеристики

3.1 Метрологические характеристики средств измерений


Все средства измерений, независимо от их конкретного исполнения, обладают рядом общих свойств, необходимых для выполнения ими их функционального назначения. Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и на погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками. Перечень важнейших из них регламентируется ГОСТ “Нормируемые метрологические характеристики средств измерений”. Комплекс нормируемых метрологических характеристик устанавливается таким образом, чтобы с их помощью можно было оценить погрешность измерений, осуществляемых в известных рабочих условиях эксплуатации посредством отдельных средств измерений или совокупности средств измерений, например автоматических измерительных систем.

Одной из основных метрологических характеристик измерительных преобразователей является статическая характеристика преобразования (иначе называемая функцией преобразования или градуировочной характеристикой). Она устанавливает зависимость http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image907.gifинформативного параметра у выходного сигнала измерительного преобразователя от информативного параметра х входного сигнала.

Статическая характеристика нормируется путем задания в форме уравнения, графика или таблицы. Понятие статической характеристики применимо и к измерительным приборам, если под независимой переменной х понимать значение измеряемой величины или информативного параметра входного сигнала, а под зависимой величиной – показание прибора.

Если статическая характеристика преобразования линейна, т.е. http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image908.gif, то коэффициент К называется чувствительностью измерительного прибора (преобразователя). В противном случае под чувствительностью следует понимать производную от статической характеристики. Важной характеристикой шкальных измерительных приборов является цена деления, т.е. то изменение измеряемой величины, которому соответствует перемещение указателя на одно деление шкалы. Если чувствительность постоянна в каждой точке диапазона измерения, то шкала называется равномерной.

При неравномерной шкале нормируется наименьшая цена деления шкалы измерительных приборов. У цифровых приборов шкалы в явном виде нет, и на них вместо цены деления указывается цена единицы младшего разряда числа в показании прибора.

Важнейшей метрологической характеристикой средств измерений является погрешность.
Под абсолютной погрешностью меры понимается алгебраическая разность между ее номинальным http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image909.gifи действительным http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image910.gifзначениями:

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image911.gif, http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image61.gifhttp://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image61.gif

(3.1)


а под абсолютной погрешностью измерительного прибора – разность между его показанием
http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image912.gifи действительным значением http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image913.gifизмеряемой величины:

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image914.gif.

(3.2)

Абсолютная погрешность измерительного преобразователя может быть выражена в единицах входной или выходной величины. В единицах входной величины абсолютная погрешность преобразователя определяется как разность между значением входной величины X, найденной по действительному значению выходной величины и номинальной статической характеристике преобразователя, и действительным значением http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image915.gifвходной величины:

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image916.gif.

Однако в большей степени точность средства измерений характеризует относительная погрешность, т.е. выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой или воспроизводимой данным средством измерений величины:

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image917.gif.

(3.3)

Обычно http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image918.gif, поэтому в формулу (3.3) вместо действительного значения часто может быть подставлено номинальное значение меры или показание измерительного прибора. В этом случае пользуются понятием приведенной погрешности, равной отношению абсолютной погрешности измерительного прибора к
некоторому нормирующему значению http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image919.gif:

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image920.gif.

(3.4)

В качестве нормирующего значения принимается значение, характерное для данного вида измерительного прибора. Это может быть, например, диапазон измерений, верхний предел измерений, длина шкалы и т.д.

Погрешности измерительных средств принято подразделять на статические, имеющие место при измерении постоянных величин после завершения переходных процессов в элементах приборов и преобразователей, и динамические, появляющиеся при измерении переменных величин и обусловленные инерционными свойствами средств измерений.

Согласно общей классификации, статические погрешности измерительных средств делятся на систематические и случайные.

Систематические погрешности являются в общем случае функцией измеряемой величины, влияющих величин (температуры, влажности, напряжения питания и пр.) и времени. В функции измеряемой величины систематические погрешности находят при поверке и аттестации образцовых приборов, например, измерением наперед заданных значений измеряемой величины в нескольких точках шкалы. В результате строится кривая или создается таблица погрешностей, которая используется для определения поправок. Поправка в каждой точке шкалы численно равна систематической погрешности и обратна ей по знаку, поэтому при определении действительного значения измеряемой величины поправку следует прибавить к показанию прибора. Так, если поправка к показанию динамометра 120 Н равна +0.6 Н, то действительное значение измеряемой силы составляет 120+0.6=120.6 Н. Удобнее пользоваться поправкой, чем систематической погрешностью, поэтому приборы чаще снабжают кривыми или таблицами поправок.

Систематическую погрешность в функции измеряемой величины можно представить в виде суммы погрешности схемы, определяемой самой структурной схемой средства измерений, и технологических погрешностей, обусловленных погрешностями изготовления его элементов.

Как те, так и другие виды погрешностей можно рассматривать в качестве систематических лишь при измерении постоянной величины с помощью одного экземпляра измерительного прибора. В массе же измерений различных значений физической величины, осуществляемых одним или многими приборами того же типоразмера, эти систематические погрешности приходится относить к классу случайных.

Между погрешностями схемы и технологическими погрешностями средств измерений существует принципиальная разница. Если первые накладывают свой отпечаток на характер изменения по шкале суммарной погрешности всех средств измерений данного типоразмера, то технологические погрешности индивидуальны для каждого экземпляра, т. е. их значения в одних и тех же точках шкалы различны для различных экземпляров приборов. На рисунке 3.1 ,а показано взаимное положение статических характеристик реального http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image921.gifи идеального http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image922.gifприборов при наличии только погрешностей схемы. Технологические погрешности в большой степени искажают эту картину.

Результатом их проявления является:

а) поступательное смещение статической характеристики относительно характеристики идеального прибора и возникновение погрешности, постоянной в каждой точке шкалы; эта погрешность называется аддитивной (рисунок 3.1,б);

б) поворот статической характеристики и появление погрешности, линейно возрастающей или убывающей с ростом измеряемой величины и называемой мультипликативной погрешностью (рисунок 3.1,в);

в) нелинейные искажения статической характеристики (рисунок 3.1,г);

г) появление погрешности обратного хода, выражающейся в несовпадении статических характеристик прибора при увеличении и уменьшении измеряемой величины (рисунок 3.1, д).

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/ris15.gif
Динамические погрешности обусловливаются инерционными свойствами средств измерений и появляются при измерении переменных во времени величин. Типичным случаем является измерение с регистрацией сигнала, изменяющегося со временем. Если http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image925.gifи http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image926.gif– сигналы на входе и на выходе средства измерений с чувствительностью К, то динамическая погрешность

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image61.gifhttp://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image927.gif.

(3.5)

Для средств измерений, являющихся линейными динамическими системами с постоянными во времени параметрами, наиболее общая характеристика динамических свойств – это дифференциальное уравнение. В этом случае уравнение линейное с постоянными коэффициентами:

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image928.gif 

 (3.6)


где
http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image929.gifи http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image930.gifi-e и j-e производные входного и выходного сигналов; http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image931.gifи http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image932.gif– постоянные коэффициенты, n и m – порядок левой и правой частей уравнения, причем n < m. Дифференциальное уравнение является метрологической характеристикой средств измерения, поскольку позволяет при известном сигнале на входе x(t) найти выходной сигнал y(t) и после подстановки их в выражение вычислить динамическую погрешность.

Для нормирования динамических свойств средств измерения часто указывают на дифференциальное уравнение, а другие, производные от него динамические характеристики, находятся экспериментальным путем. Сюда относятся передаточная функция, амплитудная и фазовая частотные характеристики, переходная и импульсная переходная функции.

К числу метрологических характеристик средств измерения относятся и неинформативные параметры выходного сигнала измерительного преобразователя, поскольку они могут оказывать существенное влияние на погрешность средства измерений. Например, непостоянство амплитуды колебаний баланса наручных часов (неинформативный параметр) приводит к изменению частоты его колебаний (информативный параметр).

При восприятии измеряемой величины или измерительного сигнала средство измерений оказывает некоторое воздействие на объект измерения или на источник сигнала. Результатом этого воздействия может быть некоторое изменение измеряемой величины относительно того значения, которое имело место при отсутствии средства измерений. Такое обратное воздействие средства измерений на объект измерений особенно четко просматривается при измерении электрических величин. Так, ЭДС нормального элемента определяется как напряжение на его зажимах в режиме холостого хода. При измерении этого напряжения вольтметром с некоторым конечным входным сопротивлением результат измерения будет зависеть от соотношения между внутренним сопротивлением нормального элемента (его выходное сопротивление) и входным сопротивлением вольтметра. Для оценки возникающей при этом погрешности необходимо знать значения этих сопротивлений, поэтому их следует рассматривать как метрологические характеристики.

Влияние внешних воздействий и неинформативных параметров сигналов (влияющих величин) описывается с помощью метрологических характеристик, называемых функциями влияния. Функция влияния http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image933.gif– это зависимость соответствующей метрологической характеристики из числа вышеперечисленных от влияющих величин http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image934.gif(температуры внешней среды, параметров внешних вибраций и т.д.). В большинстве случаев можно ограничиться набором функций влияния каждой из влияющих величин http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image935.gif, но иногда приходится использовать функции совместного влияния нескольких величин, если изменение одной из влияющих величин приводит к изменению функции влияния другой.

3.2 Источники погрешности измерений


Погрешность результата измерения имеет много составляющих, каждая из которых обусловлена различными факторами и источниками. Типичный подход к анализу и оцениванию погрешностей состоит в выделении этих составляющих, их изучении по отдельности и суммировании по принятым правилам. Определив количественные параметры всех составляющих погрешности и, зная способы их суммирования, можно правильно оценить погрешность результата измерений и при возможности скорректировать его с помощью введения поправок.
Ниже приводятся некоторые источники появления погрешностей измерений:


·                     неполное соответствие объекта измерений принятой его модели;

·                     неполное знание измеряемой величины;

·                     неполное знание влияния условий окружающей среды на измерение;

·                     несовершенное измерение параметров окружающей среды;

·                     конечная разрешающая способность прибора или порог его чувствительности;

·                     неточные знания констант и других параметров, используемых в алгоритме обработки результатов измерения;

·                     аппроксимации и предположения, реализуемые в методе измерений;

·                     изменения в повторных наблюдениях измеряемой величины при очевидно одинаковых условиях и другие.

Группируя перечисленные выше и другие причины появления погрешностей измерений, их можно разделить на погрешности метода измерений, средств измерений (инструмента) и оператора, проводящего измерения. Несовершенство каждого этого компонента измерения вносит вклад в погрешность измерения. Поэтому в общем виде погрешность можно выразить следующей формулой:

∆X = ∆м + ∆и + ∆л
где ∆м – методическая погрешность (погрешность метода); ∆и - инструментальная погрешность (погрешность средств измерений);


л - личная (субъективная) погрешность. Основные причины возникновения инструментальной погрешности приведены в разделе о средствах измерений.
Методическая погрешность возникает из-за недостатков используемого метода измерений. Чаще всего это является следствием различных допущений при использовании эмпирических зависимостей между измеряемыми величинами или конструктивных упрощений в приборах, используемых в данном методе измерений.
Субъективная погрешность связана с такими индивидуальными особенностями операторов, как внимательность, сосредоточенность, быстрота реакции, степень профессиональной подготовленности. Такие погрешности чаще встречаются при большой доле ручного труда при проведении измерений и почти отсутствуют при использовании автоматизированных средств измерений.


3.3 Нормирование метрологических характеристик средств измерений

Под нормированием понимается установление границ на допустимые отклонения реальных метрологических характеристик средств измерений от их номинальных значений. Только посредством нормирования метрологических характеристик можно добиться их взаимозаменяемости и обеспечить единство измерений в государстве. Реальные значения

 метрологических характеристик определяют при изготовлении средств измерений и затем проверяют периодически во время эксплуатации. Если при этом хотя бы одна из метрологических характеристик выходит за установленные границы, то такое средство измерений либо подвергают регулировке, либо изымают из обращения.

Нормы на значения метрологических характеристик устанавливаются стандартами на отдельные виды средств измерения. При этом делается различие между нормальными и рабочими условиями применения средств измерения.

Нормальными считаются такие условия применения средств измерений, при которых влияющие на процесс измерения величины (температура, влажность, частота, напряжение питания, внешние магнитные поля и т.д.), а также неинформативные параметры входных и выходных сигналов находятся в нормальной для данных средств измерений области значений, т.е. в такой области, где их влиянием на метрологические характеристики можно пренебречь. Нормальные области значений влияющих величин указываются в стандартах или технических условиях на средства измерений данного вида в форме номиналов с нормированными отклонениями, например, температура должна составлять 20±2°С, напряжение питания – 220 В±10% или в форме интервалов значений (влажность 30 – 80 %). Рабочая область значений влияющих величин шире нормальной области значений. В ее пределах метрологические характеристики существенно зависят от влияющих величин, однако их изменения нормируются стандартами на средства измерений в форме функций влияния или наибольших допустимых изменений. За пределами рабочей области метрологические характеристики принимают неопределенные значения.                                                             Для нормальных условий эксплуатации средств измерений должны нормироваться характеристики суммарной погрешности и ее систематической и случайной составляющих. Суммарная погрешность http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image365.gifсредств измерений в нормальных условиях эксплуатации называется основной погрешностью и нормируется заданием предела допускаемого значения http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image936.gif, т.е. того наибольшего значения, при котором средство измерений еще может быть признано годным к применению.

Перечисленные выше метрологические характеристики следует нормировать не только для нормальной, но и для всей рабочей области эксплуатации средств измерений, если их колебания, вызванные изменениями внешних влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала в пределах рабочей области, существенно меньше номинальных значений. В противном случае эти характеристики нормируются только для нормальной области, а в рабочей области нормируются дополнительные погрешности путем задания функций влияния http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image937.gifили наибольших допустимых изменений http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image938.gifраздельно для каждого влияющего фактора; в случае необходимости – и для совместного изменения нескольких факторов. Функции влияния нормируются формулой, числом, таблицей или задаются в виде номинальной функции влияния и предела допускаемых отклонений от нее.

Для используемых по отдельности средств измерений, точность которых заведомо превышает требуемую точность измерений, нормируются только пределы http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image939.gifдопускаемого значения суммарной погрешности и наибольшие допустимые изменения метрологических характеристик. Если же точность средств измерений соизмерима с требуемой точностью измерений, то необходимо нормировать раздельно характеристики систематической и случайной погрешности и функции влияния. Только с их помощью можно найти суммарную погрешность в рабочих условиях применения средств измерений.

Динамические характеристики нормируются путем задания номинального дифференциального уравнения или передаточной, переходной, импульсной весовой функции. Одновременно нормируются наибольшие допустимые отклонения динамических характеристик от номинальных.

3.4 Классы точности средств измерений


Класс точности – это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений. Классы точности регламентируются стандартами на отдельные виды средств измерения с использованием метрологических характеристик и способов их нормирования, изложенных в предыдущих главах.

Стандарт не распространяется на средства измерений, для которых предусматриваются раздельные нормы на систематическую и случайные составляющие, а также на средства измеререний, для которых нормированы номинальные функции влияния, а измерения проводятся без введения поправок на влияющие величины. Классы точности не устанавливаются и на средства измерений, для которых существенное значение имеет динамическая погрешность.       Для остальных средств измерений обозначение классов точности вводится в зависимости от способов задания пределов допускаемой основной погрешности.

Пределы допускаемой абсолютной основной погрешности могут задаваться либо в виде одночленной формулы

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image940.gif,

(3.7)


либо в виде двухчленной формулы


http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image941.gif,

(3.8)



где http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image365.gifи http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image942.gifвыражаются одновременно либо в единицах измеряемой величины, либо в делениях шкалы измерительного прибора.

Более предпочтительным является задание пределов допускаемых погрешностей в форме приведенной или относительной погрешности.

Пределы допускаемой приведенной основной погрешности нормируются в виде одночленной формулы

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image943.gif,

(3.9)

где число http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image944.gif(n = 1, 0, -1, -2…).

Пределы допускаемой относительной основной погрешности могут нормироваться либо одночленной формулой

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image945.gif,

(3.10)


либо двухчленной формулой


http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image946.gif,

(3.11)


где
http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image947.gif– конечное значение диапазона измерений или диапазона значений воспроизводимой многозначной мерой величины, а постоянные числа q, с и d выбираются из того же ряда, что и число р.

В обоснованных случаях пределы допускаемой абсолютной или относительной погрешности можно нормировать по более сложным формулам или даже в форме графиков или таблиц.

Средствам измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых задаются относительной погрешностью по одночленной формуле (3.10), присваивают классы точности, выбираемые из ряда чисел р и равные соответствующим пределам в процентах. Так для средства измерений с http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image948.gifкласс точности обозначается http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/02.gif.                                                               Если пределы допускаемой основной относительной погрешности выражаются двухчленной формулой (3.11), то класс точности обозначается как c/d , где числа с и d выбираются из того же ряда, что и р, но записываются в процентах. Так, измерительный прибор класса точности

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image949.gifхарактеризуется пределами допускаемой основной относительной погрешности

http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image950.gif.

Классы точности средств измерений, для которых пределы допускаемой основной приведенной погрешности нормируются по формуле (3.9), обозначаются одной цифрой, выбираемой из ряда для чисел р и выраженной в процентах. Если, например, http://www.nntu.sci-nnov.ru/RUS/fakyl/VECH/metod/metrology/pics/Image951.gif, то класс точности обозначается как 0.5 (без кружка).

Классы точности обозначаются римскими цифрами или буквами латинского алфавита для средств измерений, пределы допускаемой погрешности которых задаются в форме графиков, таблиц или сложных функций входной, измеряемой или воспроизводимой величины. К буквам при этом допускается присоединять индексы в виде арабской цифры. Чем меньше пределы допускаемой погрешности, тем ближе к началу алфавита должна быть буква и тем меньше цифра. Недостатком такого обозначения класса точности является его чисто условный характер.                            В заключение данного раздела следует отметить, что никакое нормирование погрешностей средств измерений само по себе не может обеспечить единства измерений. Для достижения единства измерений необходима регламентация самих методик проведения измерений.



4. Поверка и калибровка


1 Методы поверки и поверочные схемы

 Методы поверки

Допускается применение четырех методов поверки средств измерений:

а) непосредственное сличение с эталоном;

б) сличение с помощью компаратора;

в) метод прямых измерений;

г) метод косвенных измерений.

Метод непосредственного сличения поверяемого (калибруемого) средства измерения с эталоном соответствующего разряда широко применяется для различных средств измерений в таких областях, как электрические и магнитные измерения, для определения напряжения, частоты и силы тока. В основе метода лежит проведение одновременных измерений одной и той же физической величины поверяемым (калибруемым) и эталонным приборами. При этом определяют погрешность как разницу показаний поверяемого и эталонного средств измерений, принимая показания эталона за действительное значение величины. Достоинства этого метода в его простоте, наглядности, возможности применения автоматической поверки (калибровки), отсутствии потребности в сложном оборудовании.Для второго метода необходим компаратор — прибор сравнения, с помощью которого сличаются поверяемое (калибруемое) и эталонное средства измерения. Потребность в компараторе возникает при невозможности сравнения показаний приборов, измеряющих одну и ту же величину. Например, двух вольтметров, один из которых пригоден для постоянного тока, а другой — переменного. В подобных ситуациях в схему поверки (калибровки) вводится промежуточное звено — компаратор. Для приведенного примера потребуется потенциометр, который и будет компаратором. На практике компаратором может служить любое средство измерения, если оно одинаково реагирует на сигналы как поверяемого (калибруемого), так и эталонного измерительного прибора. Достоинством данного метода специалисты считают последовательное во времени сравнение двух величин. Метод прямых измерений применяется, когда имеется возможность сличить испытуемый прибор с эталонным в определенных пределах измерений. В целом принцип этого метода аналогичен методу непосредственного сличения, но методом прямых измерений производится сличение на всех числовых отметках каждого диапазона (и поддиапазонов, если они имеются в приборе). Метод прямых измерений применяют, например, для поверки или калибровки вольтметров постоянного электрического тока.

Метод косвенных измерений применяется, когда действительные значения измеряемых величин невозможно определить прямыми измерениями либо когда косвенные измерения оказываются более точными, чем прямые. Этим методом определяют вначале не искомую характеристику, а другие, связанные с ней определенной зависимостью. Искомая характеристика определяется расчетным путем. Например, при поверке (калибровке) вольтметра постоянного тока эталонным амперметром устанавливают силу тока, одновременно измеряя сопротивление.
 Расчетное значение напряжения сравнивают с показателями калибруемого (поверяемого) вольтметра. Метод косвенных измерений обычно применяют в установках автоматизированной поверки (калибровки).

Поверочные схемы


Для обеспечения правильной передачи размеров единиц измерения от эталона к рабочим средствам измерения составляют поверочные схемы, устанавливающие метрологические соподчинения государственного эталона, разрядных эталонов и рабочих средств измерений.

Поверочные схемы разделяют на государственные и локальные. Государственные поверочные схемы распространяются на все средства измерений данного

вида, применяемые в стране. Локальные поверочные схемы предназначены для метрологических органов министерств, распространяются они также и на средства измерений подчиненных предприятий. Кроме того, может составляться и локальная схема на средства измерений, используемые на конкретном предприятии. Все локальные поверочные схемы должны соответствовать требованиям соподчиненности, которая определена государственной поверочной схемой (рис. 31.2). Государственные поверочные схемы разрабатываются научно-исследовательскими институтами Госстандарта РФ, держателями государственных эталонов.

В некоторых случаях бывает невозможно одним эталоном воспроизвести весь диапазон величины, поэтому в схеме может быть предусмотрено несколько первичных эталонов, которые в совокупности воспроизводят всю шкалу измерений. Например, шкала температуры от 1,5 до 1*105 К воспроизводится двумя государственными эталонами.

Рассмотрим в общем виде содержание государственной поверочной схемы.Наименование эталонов и рабочих средств измерений обычно располагают в прямоугольниках (для государственного эталона прямоугольник двухконтурный). Здесь же указывают метрологические характеристики для данной ступени схемы. В нижней части схемы расположены рабочие средства измерений, которые в зависимости от их степени точности (т.е. погрешности измерений) подразделяют на пять категорий: наивысшей точности; высшей точности; высокой точности; средней точности; низшей точности. Наивысшая точность обычно соизмерима со степенью погрешности средства измерения государственного эталона. В каждой ступени поверочной схемы регламентируется порядок (метод) передачи размера единицы. Наименования методов поверки (калибровки) располагаются в овалах, в которых также указывается допускаемая погрешность метода поверки (калибровки). Основным показателем достоверности передачи размера единицы величины является соотношение погрешностей средств измерений между вышестоящей и нижестоящей ступенями поверочной схемы. В идеале это соотношение должно быть 1:10, однако на практике достичь его не удается, и минимально допустимым соотношением принято считать 1:3. Чем больше величина этого соотношения, тем меньше уверенность в достоверности показаний измерительного прибора.

При разработке конкретных поверочных схем необходимо следовать приведенной схеме. Строгое соблюдение поверочных схем и своевременная поверка разрядных эталонов — необходимые условия для передачи достоверных размеров единиц измерения рабочим средствам измерений.

http://www.xumuk.ru/ssm/standart-43.jpg


4.1.3 Организация и порядок проведения поверки

Поверка СИ -
поверка средств измерений
- совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям.

Средства измерений, предназначенные для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, до ввода в эксплуатацию, а также после ремонта подлежат первичной поверке, а в процессе эксплуатации - периодической поверке. Применяющие средства измерений в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений юридические лица и индивидуальные предприниматели обязаны своевременно представлять эти средства измерений на поверку.

Поверку средств измерений осуществляют аккредитованные в установленном порядке в области обеспечения единства измерений юридические лица и индивидуальные предприниматели.

Правительством Российской Федерации устанавливается перечень средств измерений, поверка которых осуществляется только аккредитованными в установленном порядке в области обеспечения единства измерений государственными региональными центрами метрологии.

Результаты поверки средств измерений удостоверяются знаком поверки и (или) свидетельством о поверке. Конструкция средства измерений должна обеспечивать возможность нанесения знака поверки в месте, доступном для просмотра. Если особенности конструкции или условия эксплуатации средства измерений не позволяют нанести знак поверки непосредственно на средство измерений, он наносится на свидетельство о поверке.

Порядок проведения поверки средств измерений, требования к знаку поверки и содержанию свидетельства о поверке устанавливаются федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в области обеспечения единства измерений.

 Сведения о результатах поверки средств измерений, предназначенных для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, передаются в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений проводящими поверку средств измерений юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями.

Средства измерений, не предназначенные для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, могут подвергаться поверке в добровольном порядке.

Требования к организации и порядку проведения поверки СИ установлены правилами по метрологии ПР 50.2.006-99 «ГСИ. Порядок проведения поверки средств измерений».

СИ, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, подвергаются поверке при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту и эксплуатации. Конкретные перечни СИ, подлежащих поверке, составляют юридические и физические лица - владельцы СИ. Эти перечни направляют в органы ГМС, которые в процессе осуществления ГМН за соблюдением метрологических правил и норм контролируют правильность составления перечней СИ, подлежащих поверке. Методические материалы по составлению перечней СИ, а также комментарии к областям использования СИ, подлежащих поверке, изложены в рекомендации МИ 2273-93 «ГСИ. Области использования средств измерений, подлежащих поверке».

Органы ГМС осуществляют поверку СИ на основании графиков поверки, составляемых юридическими и физическими лицами. Графики поверки составляют по видам измерений по установленной форме и направляют (в 3-х экземплярах) в орган ГМС. В течение 10 дней с момента поступления орган ГМС рассматривает и согласовывает графики поверки СИ. Первый экземпляр согласованных и подписанных руководителем органа ГМС графиков поверки направляется заявителю.

По решению Госстандарта право поверки СИ может быть предоставлено метрологическим службам (МС) юридических лиц независимо от их отраслевой принадлежности и форм собственности. Требования к МС юридических лиц, аккредитуемых на право поверки СИ, и порядок проведения их аккредитации установлены правилами ПР 50.2.014-96 «ГСИ. Правила проведения аккредитации метрологических служб юридических лиц на право поверки средств измерений». Рекомендации по построению и содержанию документов МС, аккредитуемых на право поверки СИ, приведены в МИ 2284-94 «ГСИ. Документы поверочных лабораторий».

Поверочная деятельность, осуществляемая аккредитованными МС юридических лиц, контролируется органами ГМС по месту расположения этих юридических лиц.

Поверка СИ осуществляется физическим лицом, аттестованным в качестве поверителя в соответствии с правилами ПР 50.2.012-94 «ГСИ. Порядок аттестации поверителей средств измерений».

Поверка производится в соответствии с нормативными документами, утверждаемыми по результатам испытаний СИ.

Результатом поверки является подтверждение пригодности СИ к применению или признание его непригодным к применению.

Если СИ по результатам поверки признано пригодным к применению, то на него и (или) техническую документацию наносится оттиск поверительного клейма, соответствующего требованиям документа ПР 50.2.007-94 «ГСИ. Поверительные клейма», и (или) выдается «Свидетельство о поверке» установленной формы.

Если СИ по результатам поверки признано непригодным к применению, оттиск поверительного клейма и (или) «Свидетельство о поверке» аннулируется и выписывается «Извещение о непригодности» установленной формы или делаются соответствующие записи в технической документации.

СИ подвергаются первичной, периодической, внеочередной, инспекционной и экспертной поверке.

Первичной поверке подлежат СИ при выпуске из производства и ремонта, при ввозе по импорту. Первичной поверке могут не подвергаться СИ при ввозе по импорту на основании заключенных Госстандартом России соглашений или договоров о признании результатов поверки, произведенной в зарубежных странах. Первичной поверке подлежит, как правило, каждый экземпляр СИ, но допускается и проведение выборочной поверки.

Периодической поверке подлежат СИ, находящиеся в эксплуатации или на хранении, через определенный межповерочный интервал. Периодическую поверку должен проходить каждый экземпляр СИ.

Периодическую поверку СИ, предназначенных для измерения (воспроизведения) нескольких величин или имеющих несколько диапазонов измерений, но используемых для измерения (воспроизведения) меньшего числа величин или на меньшем числе диапазонов измерений допускается на основании решения главного метролога или руководителя юридического лица производить только по тем требованиям нормативных документов по поверке, которые определяют пригодность СИ для применяемого числа величин и применяемых диапазонов измерений. Соответствующая запись должна быть сделана в эксплуатационных документах.

Первый межповерочный интервал устанавливается при утверждении типа СИ. Органы ГМС и юридические лица обязаны вести учет результатов периодической поверки и разрабатывать рекомендации по корректировке межповерочных интервалов. Корректировка межповерочных интервалов проводится органом ГМС по согласованию с МС юридического лица.

Внеочередную поверку производят в процессе эксплуатации (хранения) СИ при:

1.                      повреждении знака поверительного клейма, а также в случае утраты свидетельства о поверке;

2.                      вводе в эксплуатацию СИ после длительного хранения (более одного межповерочного интервала);

3.                      проведении повторной юстировки или настройки, известном или предполагаемом ударном воздействии на СИ или неудовлетворительной его работе;

4.                      продаже (отправке) потребителю СИ, не реализованных по истечении срока, равного половине их межповерочных интервалов;

5.                      применении СИ в качестве комплектующих по истечении срока, равного половине межповерочных интервалов.

Инспекционную поверку производят для выявления пригодности к применению СИ при осуществлении государственного метрологического надзора. Такую поверку можно производить не в полном объеме, предусмотренном методикой поверки. Результаты инспекционной поверки отражают в акте проверки. Инспекционную поверку производят в присутствии представителя проверяемого юридического или физического лица.

Экспертную поверку производят при возникновении спорных вопросов по метрологическим характеристикам СИ и их пригодности к применению. Такую поверку производят органы ГМС по письменному требованию (заявлению) суда, прокуратуры, милиции, государственного арбитража, по письменному заявлению юридических и физических лиц при возникновении спорных вопросов. В заявлении должны быть указаны предмет, цель экспертной поверки и причина, вызвавшая ее необходимость. При осуществлении экспертной поверки СИ в необходимых случаях могут присутствовать заявитель и представители заинтересованной стороны. По результатам экспертной поверки составляют заключение, которое утверждает руководитель органа ГМС, и направляют его заявителю. Один экземпляр заключения должен храниться в органе ГМС, проводившем экспертную поверку.

2 Калибровка средств измерений

Калибровка средств измерений — это совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и/или пригодности к применению средств измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору. Под пригодностью средства измерения подразумевается соответствие его метрологических характеристик ранее установленным техническим требованиям, которые могут содержаться в нормативном документе или определяться заказчиком. Вывод о пригодности делает калибровочная лаборатория.

Калибровка заменила ранее существовавшую в нашей стране ведомственную поверку и метрологическую аттестацию средств измерений. В отличие от поверки, которую осуществляют органы государственной метрологической службы, калибровка может проводиться любой метрологической службой (или физическим лицом) при наличии надлежащих условий для квалифицированного выполнения этой работы. Калибровка — добровольная операция и ее может выполнить также и метрологическая служба самого предприятия. Это еще одно отличие от поверки, которая, как уже сказано выше, обязательна и подвергается контролю со стороны органов ГМС.

Однако добровольный характер калибровки не освобождает метрологическую службу предприятия от необходимости соблюдать определенные требования. Главное из них — прослеживаемость, т.е. обязательная "привязка" рабочего средства измерений к национальному (государственному) эталону. Таким образом, функцию калибровки следует рассматривать как составную часть национальной системы обеспечения единства измерений. А если учесть, что принципы национальной системы обеспечения единства измерений гармонизованы с международными правилами и нормами, то калибровка' включается в мировую систему обеспечения единства измерений.     Выполнение указанного требования ("привязки" к эталону) важно и с другой точки зрения: измерения — это неотъемлемая часть технологических процессов, т.е. они непосредственно влияют на качество продукции. В этой связи результаты измерений должны быть сравнимы, что достигается только передачей размеров единиц от государственных эталонов и соблюдением норм и правил законодательной метрологии. Доверие к продавцу продукции подкрепляется сертификатами о калибровке средств измерений, выданными от имени авторитетной национальной метрологической организации.

Внедрение калибровки в России имеет свои особенности. В Западных странах калибровочные работы расширялись и развивались, вырастая из потребностей повышения конкурентоспособности продукции, и при этом поверке (как обязательной функции) подлежала довольно ограниченная номенклатура средств измерений. В России же калибровка является продуктом разгосударствления процессов контроля за исправностью приборов. И, следовательно, отказ от всеобщей обязательности поверки вызвал к жизни функцию калибровки. Такой процесс либерализации метрологического контроля не всеми приветствуется и не проходит гладко. Метрологам как Государственной метрологической службы, так и метрологических служб предприятий приходится переходить от привычных, отработанных десятилетиями, форм взаимодействия к новым отношениям, что часто вызывает отрицательную реакцию.

Внедрению калибровки объективно мешает отсутствие конкуренции. Здесь проявляется определенное противоречие. С одной стороны, предприятия в соответствии с законом имеют право самостоятельно организовать у себя калибровку средств измерений и не заинтересованы (в отсутствие конкуренции) аккредитоваться у компетентных органов аккредитации на право проведения калибровочных работ. С другой стороны, предприятия понимают, что оторванность от государственной системы передачи размеров единиц от государственных эталонов по налаженной схеме рабочим средствам измерений может привести к потере точности и достоверности результатов измерений.

Возможны следующие варианты организации калибровочных работ:

•    предприятие самостоятельно организует у себя проведение калибровочных работ и не аккредитуется ни в какой системе;

•    предприятие, заинтересованное в повышении конкурентоспособности продукции, аккредитуется в Российской системе калибровки (РСК) на право проведения калибровочных работ от имени аккредитовавшей его организации;

•    предприятие аккредитуется в РСК с целью выполнения калибровочных работ на коммерческой основе;

•    предприятия, аккредитовавшиеся на право поверки средств измерений, одновременно получают аттестат аккредитации на право проведения калибровочных работ по тем же видам (областям) измерений;

•    метрологические институты и органы Государственной метрологической службы регистрируются в РСК одновременно как органы аккредитации и как калибровочные организации;

•    аккредитация предприятия в качестве калибровочной лаборатории в зарубежной калибровочной службе открытого типа.

На сегодняшний день еще не определились предпочтительные варианты организации калибровочного дела в России. Но о принципах организации РСК уже можно говорить. Российская система калибровки базируется на таких принципах, как добровольность вступления; обязательная передача размеров единиц от государственных эталонов рабочим средствам измерений; профессионализм и техническая компетентность субъектов РСК; самоокупаемость.

Основным стимулом вступления в РСК должно быть стремление к возрастанию степени доверия потребителей к показателям качества продукции. Стимулирует этот процесс и развивающаяся в стране система аккредитации испытательных лабораторий, которая охватывает и калибровочные организации. Кроме того, членство в РСК обеспечивает надлежащее информационное обеспечение калибровочной деятельности. Самоокупаемость РСК рассматривается как вполне реальный принцип, поскольку потребность в точных и достоверных результатах измерений возрастает. На рис. 31.1 представлена схема российской службы калибровки. Субъектами РСК являются:

•    метрологические службы юридических лиц, аккредитованные на право калибровки средств измерений с использованием эталонов, подчиненных государственным эталонам единиц величин;

•    государственные научные метрологические центры (метрологические институты Госстандарта России) и органы Государственной метрологической службы, зарегистрированные в РСК как аккредитующие органы, имеющие право аккредитовывать метрологические службы юридических лиц на право калибровки средств измерений;

•    Госстандарт России, являющийся центральным органом РСК, координирующим деятельность субъектов РСК;

■ ВНИИ метрологической службы, осуществляющий функции по организационному, методическому и информационному обеспечению деятельности РСК;

•    совещательный орган РСК — Совет РСК, образованный Госстандартом России для формирования и обсуждения проектов решений центрального органа РСК по вопросам технической политики деятельности РСК.

Членами Совета РСК могут быть руководители аккредитующих органов, руководители аккредитованных метрологических служб, представители отраслей народного хозяйства и предприятий, научно-исследовательских институтов и объединений, а также других заинтересованных в РСК обществ и объединений. Вся деятельность субъектов РСК осуществляется на договорной основе. Контроль выполнения требований, предъявляемых к аккредитованным метрологическим службам, осуществляет орган Государственной метрологической службы по месту расположения данной метрологической службы. Орган аккредитации также осуществляет внутренний аудит и периодические ревизии для проверки своего соответствия предъявляемым требованиям.

Правовые основы калибровки средств измерений определяются ст. 23 Закона РФ "Об обеспечении единства измерений". Закон устанавливает границы применения калибровки: "средства измерений, не подлежащие поверке, могут подвергаться калибровке при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту, при эксплуатации, прокате н продаже". Закон устанавливает, что заинтересованные метрологические службы юридических лиц могут быть аккредитованы на право проведения калибровочных работ. Порядок аккредитации устанавливается Госстандартом России. В целях реализации этого положения Закона разработан документ: "ГСИ. Порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц на право проведения калибровочных работ". Документ создан на основе анализа организации национальных калибровочных служб Англии, США, ФРГ и других стран, а также в соответствии с руководствами ИСО/МЭК, стандартами EN 45001-45003 и Системой сертификации ГОСТ Р.

http://www.xumuk.ru/ssm/standart-42.jpg

Указанный документ устанавливает:

•    порядок регистрации аккредитующих органов, порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц и требования к ним;

•    формы контроля за аккредитованными метрологическими службами, порядок аннулирования аттестата аккредитации, правила ведения Реестра РСК. Проблему в становлении и развитии российской калибровочной службы составляет ее нормативное обеспечение. Практически пока нет методик калибровки, не установлены межкалибровочные интервалы с учетом конкретных групп приборов, не разработаны нормативы по стоимости калибровочных работ. Но вместе с тем внедрение и развитие калибровочных работ в России начались с временного применения достаточно хорошо разработанной ранее нормативной базы метрологической аттестации и поверки.

Межкалибровочным интервалом называют календарный промежуток времени, по истечении которого средство измерения должно быть направлено на калибровку независимо от его технического состояния. Аналогично этому понятие межповерочного интервала. Различают три вида межкалибровочных (межповерочных) интервалов:

•    первый вид — единый для всех средств измерений данного типа интервал, устанавливаемый на основе нормативных документов на этот вид средств измерений. В этом случае межповерочный (межкалибровочный) интервал определяется Госстандартом РФ при утверждении типа средства измерения по результатам испытаний. Величина интервала учитывает показатели метрологической безотказности и среднее значение времени использования средств измерений в нормальных условиях;

•    второй вид- интервал, установленный в соответствии с конкретными условиями эксплуатации средств измерений данного типа в организациях и на предприятиях. Если назначенный интервал не совпадает с указанным в нормативных документах на данный тип средств измерений, его величину следует согласовать с Госстандартом или с аккредитированной им ведомственной метрологической службой. Для средств измерений, которые не подлежат госнадзору, межкалибровочный интервал определяется по решению метрологической службы юридического лица;

•    третий вид — межповерочные (межкалибровочные) интервалы для средств измерений, предназначенных для ответственных измерительных операций, например, измерений, связанных с безаварийной работой атомных электростанций, газопроводов и т.п.

Третий вид интервалов связан с учетом календарного времени эксплуатации средств измерений, так как из-за старения их деталей и узлов возрастают погрешности, что обусловило сокращение межповерочных интервалов.

Согласование назначенных интервалов аналогично описанному для второго вида. Общим для всех видов межповерочных (межкалибровочных) интервалов является учет показателей метрологической безотказности средств измерений, в частности, такой ее составляющей, как средняя наработка на метрологический отказ. Этот показатель может быть определен в процессе испытаний средства измерения, по результатам которого рассчитывают время достижения наименьшего заданного значения вероятности отказа. Это время и служит основой для установления межповерочного (межкалибровочного) интервала.
5. Поверка, калибровка и погрешность пирометров.

Пирометры поверяют по излучению черного тела или температурных ламп, излучение которых соответствует фиксированным температурным точкам. Существуют следующие методы градуировки и поверки пирометров: непосредственного сличения, сличения при помощи компаратора и прямых измерений.

1. Аппаратура, используемая при градуировке и поверке пирометров

Черные тела для градуировки пирометров, модели абсолютно черного тела. Под моделью абсолютно черного тела понимается тепловой излучатель, являющийся приближением к абсолютно черному телу, служащий для практического воспроизведения излучения черного тела. Модели черного тела но форме излучающей полости бывают цилиндрические, сферические, трубчатые, конические и клиновидные.

Наиболее распространена цилиндрическая модель черного тела, излучающая полость которой имеет форму цилиндра с одним концом для вывода излучения. Температура черного тела определяется техническими характеристиками электрической нагревательной нечи (рис. 12.1), внутрь которой монтируется излучающая полость. Внутри графитовой трубы 1, которая используется как нагреватель, установлен ряд диафрагм 4. Диафрагмы имеют отверстия только со стороны визирования излучающей полости 2 графитового цилиндра 3. Отверстия, через которые производится визирование источника излучения, должны быть достаточно малы по сравнению с длиной излучающей полости, чтобы излучение внутри ее многократно отражалось от стенок. Отнощение длины трубы к диаметру должно удовлетворять условию с?>3, где / - длина участка от задней стенки излучающей полости до точки на оси печи с перепадом температур не более ±5% температуры задней стенки; d - диаметр отверстия излучающей полости.

Рис. 12.1. Схема устройства электропечи «Черное тело»

Излучение задней стенки излучающей полости 2, приближается к излучению абсолютно черного тела. Коэффициент черноты излучателя рассчитывают по геометрическим размерам и коэффициенту отражения материала внутренней полости (графита).
Температуру модели черного тела регулируют и контролируют термоэлектрическими образцовыми термометрами, чувствительный элемент которых расположен в зоне излучающей полости, или образцовыми пирометрами.

Моделью черного тела в диапазоне температур от 400 до 1300 К служит нагревательная печь, состоящая из двух коаксиальных керамических труб с обмоткой из нихрома и теплоизолирующей засыпкой между ними. Обмотка наружной трубы имеет самостоятельные секции, что обеспечивает во внутренней трубе постоянную температуру в пределах 0,5 К на протяжении 40-50 мм. Во внутреннюю трубу помещается модель цилиндрической формы из никеля. Эффективный коэффициент излучения модели по расчету соответствует 0,997. Корпус нагревательных печей часто охлаждается водой, пропускаемой через токоподводы. Например, для реализации модели черного тела, служащего для получения излучения при температуре затвердевания золота применяется горизонтальная двухобмоточная печь, равномерность температурного

ПОЛЯ в которой составляет 1 К на длине 100 мм. Тигель с золотом устанавливается в зоне печи (изготовленной из графита) с наименьшим градиентом температур. Модель черного тела для реализации температур в диапазоне 2500-3000 К может представлять собой цилиндрическую полость с конусным дном, выполненную из молибдена. Для уменьшения окисления и испарения молибдена полость заполняется очищенным и подогретым аргоном. Нагрев осуществляется от нагревателя в виде змеевика из графита. Модель имеет эффективный коэффициент излучения, равный 0,9991.

Температурная лампа. Лампа накаливания (рис. 12.2), тело накала которой выполнено в виде ленты, предназначенная для воспроизведения и передачи температурной шкалы по излучению, называется температурной. Лампа состоит из стеклянного, чаше всего, цилиндрического баллона 7 с круглым плоским смотровым окном 2, расположенным напротив вольфрамовой ленты 4. Лента имеет и-образную форму и приварена к молибденовым держателям 5, электрически соединенным с цоколем лампы. У широко применяемой лампы типа ТРВ1100-2350 (СИЮ-300) общая длина ленты около 40 мм, ширина 2,8 мм, толщина 40 мкм. Рабочий участок ленты (место визирования) отмечен специальным указателем (индексом) 3. Индекс выполнен в виде тонкой г-образной проволоки и приварен к одному из держателей. Для температур до 1800 К целесообразнее использовать вакуумные лампы, а для более высоких температур - лампы, наполненные инертными газами.

Максимум температуры на рабочем участке ленты газонаполненных ламп выше середины из-за влияния температурного поля газа. Поэтому место визирования и индекс у этих ламп расположены выше середины ленты. Для газонаполненных ламп из-за влияния конвективных потоков газа наличие заметной зависимости яркостной (цветовой) температуры ленты от угла, под которым она визируется, требует строго и однозначно задавать направление визирования. Для этого на задней стороне баллона температурной лампы нанесена юстировочная метка (чаще всего в виде креста). Ось визирования должна проходить через конец индекса и центр креста и быть перпендикулярна к плоскости ленты.

Питание температурных ламп осуществляется от стабилизаторов типа МТКС-35, СНП-40, СИП-35 или любых других, имеющих аналогичные характеристики.

Рис. 12.2. Температурная лампа

Излучательные характеристики вольфрама в отличие от излучения абсолютно черным телом коррелируются специальным светофильтром ПС-5, выполненным из стекла толщиной 5 мм. Для удобства сравнения яркостей рядом со стеклом ПС-5 иногда монтируют линзу, увеличивающую визируемый участок в процессе излучения. Излучение лампы со стеклом ПС-5 и излучение черного тела при той же температуре имеют одинаковые функции распределения энергии по спектру в интервале видимого спектра, используемого в монохроматических пирометрах.

При работе с температурной лампой для уменьщения погрещности воспроизведения яркостных (цветовых) температур необходимо делать выдержку времени, указанную в стандарте на поверку, после установления нового значения тока в лампе. Лампы изготавливают в соответствии с ГОСТ 14008--82, СТ СЭВ 1061-78 для видимой части спектра, инфракрасной и ультрафиолетовой.

Температурные лампы - основной тип образцового прибора для оптической пирометрии. Каждая температурная лампа градуируется индивидуально в соответствии с требованиями ГОСТ 8.155-75 и на каждую выдается свидетельство. В свидетельстве указывают зависимость силы тока, протекающего через ленту, от яркостной (цветовой) температуры.

2. Поверка монохроматических пирометров

Пирометры монохроматические с исчезающей нитью накала образцовые 1 и 2-го разрядов и рабочие прецизионные поверяют по ГОСТ 8.212-77, пирометры визуальные с исчезающей нитью общепромышленные -по ГОСТ 8.130-74 и ГОСТ 8335-81.

При проведении поверки общепромышленных визуальных пирометров с исчезающей нитью выполняют следующие операции: внешний осмотр; проверку уравновешенной подвижной системы встроенного измерительного прибора; правильности перемещения реохорда реостата; перемещения объектива и окуляра вдоль оптической оси пирометра; определение основной погрешности и среднего квадратического значения случайной составляющей основной погрешности.
Основную погрешность и среднее квадратическое отклонение случайной составляющей основной погрешности определяют методом прямого измерения температуры образцовой температурной лампы на установке УПО-6М2 или подобной ей.

Установка УПО-6М2 смонтирована в виде стола, в средней части которого находится оптическая скамья с температурной лампой (иногда со стеклом ПС-5). Лампа укреплена в коретке, имеющей регулировочные винты поворота, наклона и поперечного перемещения.

Объектив и держатель поверяемого пирометра крепится на общей стойке, на которой их можно наклонять, перемещать в продольном и поперечном направлениях и поворачивать. На столе размещены потенциометр Р363-3, нормальный элемент и измерительная катущка сопротивления.

Полупроводниковый стабилизатор напряжения СНП-40, расположенный на специальной тележке, служит для питания образцовой температурной лампы и регулировки ее тока. Пределы непосредственной поверки пирометров но образцовому излучателю 1100-2300 К. Ток температурной лампы изменяется в пределах 6-35 А. Электрическая схема установки представлена на рис.12.3. Измерительный прибор 1, температурная лампа 2, катушка 3, источник 7 питания 6 и реостат 5 включены последовательно. Падение напряжения f на катушке сопротивления измеряется образцовым потенциометром V 4. Образцовая температурная лампа, имеющая свидетельство- j включается последовательно с измерительной катушкой рис. 12.3. Электрическая схема сопротивления = 0,001 Ом. Образцовый установки для поверки монопотенциометр измеряет падение хроматических пирометров напряжения на катушке с i = 0,001 Ом, благодаря чему его показания соответствуют току температурной лампы. Основную погрешность и случайную составляющую основной погрешности пирометров для шкал в диапазоне температур от 1100 до 2300 К определяют по образцовой температурной лампе; основную погрешность пирометров в интервале температур от 2300 до 6000 К определяют расчетным методом на основании экспериментально найденного значения пирометрического ослабления А соответствующего светофильтра.

При определении основной погрешности в цепи образцовой температурной лампы медленно увеличивают силу тока до значения, соответствующего первой температуре, нри которой проводится поверка. Корректируют значение силы тока после 30 мин выдержки и вносят в протокол. Реостатом пирометра пять раз уравнивают яркость нити пирометрической лампы с яркостью ленты температурной лампы, и при этом каждый раз отсчитывают показания по шкале измерительного прибора пирометра. В пирометрах, у которых нет встроенного измерительного прибора (ЭОП ЛОГ1-72 и других), отсчет ведется но прибору, включенному в цепь пирометрической лампы. Нить пирометрической лампы между отсчетами обязательно попеременно делают ярче и темнее ленты температурной лампы. Поверку шкалы пирометра производят по всем числовым отметкам шкалы. Для каждой поверяемой температуры вычисляют среднее арифметическое отсчетов ср.

Основную погрешность определяют но формуле

А/ = ер- (12.1)

где tcp - среднее арифметическое значение пяти отсчетов; t - значение температуры, установленной на образцовой температурной лампе.

Значение основной ногрешности сравнивают с требованиями ГОСТ 8335-81. Для яркостных температур в интервале 900- 1400°С среднее квадратическое значение случайной составляющей основной погрешности вычисляют по формуле:

Ri = 0,052 (12.2)

где Ri - разности между максимальными и минимальными показателями пирометра для пяти измерений, проведенных при постоянных температурах 900; 1000; 1100; 1200; 1300 и 1400 °С (г = = 1-5). Для пирометров, имеющих шкалу с верхним пределом измерения выше 2000 °С по данным шкалы для нижнего предела измерения, составляют график зависимости поправок от температуры.

При определении основной погрешности пирометров с диапазоном измеряемых температур от 2000 до 6000 °С рассчитывают значение пирометрического ослабления А.

Для светофильтров, расширяющих шкалу до 3200°С, пирометрическое ослабление А определяют для температур 1800, 1900 и 2000 °С; для светофильтров, расширяющих шкалу до 6000 °С,- при температурах 2100 и 2200 °С.

3. Поверка преобразователей (телескопов) пирометров полного и частичного излучения

Рабочие преобразователи пирометров полного излучения поверяют по ГОСТ 8.330-78 методом сличения их показаний с показаниями образцовых термопреобразователей 3-го разряда, которые в свою очередь поверяют по ГОСТ 8.238-77. Образцовый и поверяемые преобразователи должны иметь однотипную систему, обеспечивающую одинаковые закономерности пропускания длин волн. При поверке преобразователей осуществляют такие операции поверки, как внещний осмотр и определение основной погрещности.

Для поверки преобразователей пирометров полного излучения с диапазоном рабочих температур 20-600°С применяют установку УНТ-74А, а для диапазонов 600-2000 °С - установку типа УРПТ-2, либо установку УРПД-3.

Установка УНТ-74А выполнена в виде стола, на котором расположены механизм держателей пирометров, потенциометр Р363-3 и автотрансформаторы для грубой и тонкой регулировки тока в излучателе. Излучатель выполнен на щтативе без жесткого крепления к установке. Минимальное расстояние от пирометра до излучателя 0,02 м. Показания поверяемого преобразователя пирометра сличаются с показаниями образцового при визированиите-лоскопов на излучатель. Показатель визирования поверяемых телескопов от 1/100 до 1/5.

Установка УРПТ-2 предназначена для поверки преобразователей пирометров полного излучения с показателем визирования не более 1/20. Установка выполнена в виде стойки, на столе которой расположены механизм держателей преобразователей пирометров и узел излучателя. Слева установлен потенциометр Р363. Излучателем служит температурная лампа ТРУ 1100-2350. В тумбе стола размещен стабилизированный источник постоянного тока СИП-35. Узел излучателя выполнен в виде металлической коробки с отверстием, в котором может перемещаться короткофокусный светосильный конденсор, состоящий из двух плосковыпуклых линз. Перед конденсором, почти вплотную к нему, попеременно устанавливают образцовый и поверяемый преобразователи. Устройство крепления преобразователей состоит из двух держателей, размещенных на подвижной каретке, которая перемещается в направлении, перпендикулярном к оптической оси, до совмещения попеременно оси каждого преобразователя с оптической осью установки. Это совмещение контролируется фиксатором. Методика поверки преобразователей на установках УНТ-74А и УРПТ-2 одинакова.

Методика определения основной погрещности сводится к следующему: температуру излучателя регулируют так, чтобы ТЭДС образцового преобразователя отличалась от указанной в свидетельстве для первой поверяемой температуры, соответствующей указанной в ГОСТ 8.330-78, не более чем на 5 К, а скорость изменения температуры не превышала 1 К/мин. Образцовый и поверяемый преобразователи повременно наводят на излучатель и измеряют ТЭДС каждого из них. За результат принимают среднее арифметическое значение трех измерений. Значения ТЭДС для каждой поверяемой температуры определяют по формуле:

£пов(0 = £обр(0 +(™в,р-обр, (12.4)

где обр -значение ТЭДС образцового телескопа для температуры t, указанное в его свидетельстве; пов ,р , обр. -среднее арифметическое значение трех измерений ТЭДС.



Рис. 12.4. Схема устройства установки УРПД-3

Для поверки преобразователей пирометров полного излучения с диапазоном излучения от 600 °С и выше с показателем визирования 1/20 и более применяется установка типа УРПД-3, в которой поверяемый и образцовый преобразователи расположены по обе стороны излучателя. Поверку проводят методом компаратора, т. е. ТЭДС поверяемого преобразователя сравнивается с ТЭДС не образцового, а вспомогательного преобразователя того же типа, проградуированного предварительно по образцовому преобразователю, на место которого устанавливается поверяемый.

Установка УРПД-3 (рис. 12.4) включает блок излучателя, держатели преобразователей 2 и блок управления 3. ТЭДС измеряется потенциометром. Блок излучателя представляет собой кинопроектную лампу 5 с двумя конденсорами 4 и вентилятором 6. Конденсоры фокусируют излучение в направлении держателей, расположенных по обе стороны от излучателя.

Поверку производят в следующей последовательности. Образцовый преобразователь 7 закрепляют в одном держателе, а вспомогательный 1 - в другом, где в процессе всей поверки он находится неизменно. Устанавливают температуру излучателя по образцовому преобразователю (она не должна отличаться более чем на 5 К от температуры, требуемой для поверки по нормативным данным). Измеряют ТЭДС образцового преобразователя и разность AE(t) =£всп - Еобр без изменения всп.

Среднее арифметическое значение AE(t)cp определяют при каждой поверяемой температуре при ее повыщении и понижении. Вычисляют значение ТЭДС вспомогательного телескопа по формуле:

£всп(0 = £о6р(0 + Д£(0-р. (12.6)

Образцовый преобразователь заменяют поверяемым и сличают показания поверяемого и вспомогательного преобразователя, аналогично описанному и определяют ТЭДС поверяемого преобразователя по формуле:

£пов(0-£всп(0-А£(Оповр, (12.7)

где AE(t)noB -среднее арифметическое значение разности

ТЭДС вспомогательного и поверяемого преобразователя. Далее определяют основную погрещность по формуле (12.5) и делают соответствующие выводы.

Пирометры частичного излучения (ПЧД) поверяют методом сличения с однотипными образцовыми преобразователями 3-го разряда на установках, применяемых для поверки пирометров полного излучения.

4. Поверка пирометров спектрального отношения

Пирометры спектрального отнощения поверяют методом прямого измерения по образцовой температурной лампе или образцовому излучателю черное тело. По образцовым температурным лампам поверяют пирометры, работающие в видимой и ближней инфракрасной области спектра. По образцовому излучателю черное тело - пирометры, работающие в области более 2 мкм.

При поверке пирометров спектрального отнощения по МИ 149-78 выполняют внещний осмотр, определяют основную погрещность и стабильность градуировочных характеристик.

За основную погрещность пирометра спектрального отнощения принимают разность между цветовой температурой, измеренной поверяемым пирометром, и цветовой температурой, установленной по данным градуировки образцовой температурной лампы, указанных в свидетельстве. Вместо температурной лампы используют модель черного тела, температуру которого определяют по данным градуировки образцового термоэдектрического преобразователя или образцового оптического пирометра.

Для определения основной погрешности пирометра по образцовой температурной лампе в ней устанавливают ток, соответствующий нижнему пределу измерения поверяемого пирометра. Поверяемый пирометр фокусируют на рабочий участок ленты образцовой лампы. Измеряют ток образцовой лампы, который должен совпадать с указанным в свидетельстве на образцовую лампу в пределах ±0,001 А.

Поле зрения пирометра перекрывают непрозрачным экраном. Затем его убирают и снимают показания пирометра. Операции проводят три раза и вновь измеряют ток в образцовой температурной лампе.

Вычисляют среднее арифметическое значение тока в образцовой температурной лампе /ср и среднее арифметическое показаний пирометра tn.

Описанные измерения проводятся для температур, соответствующим целым сотням градусов от нижнего до верхнего предела поверяемого пирометра, при повышении и понижении температуры лампы.

5. Основная погрешность пирометра

At = t„~t,, (12.8)

где - среднее арифметическое значение температуры поверяемого пирометра; /.„ - среднее арифметическое значение температуры образцовой температурной лампы при повышении и понижении ее температуры. Полученный результат сравнивают с допускаемым значением основной погрешности пирометра и при отклонении значений в одной точке поверку осуществляют при той же температуре повторно.

Пирометр бракуют, если при повторной поверке основная погрешность превышает допускаемое значение.

Поверку по излучателю модели черного тела проводят аналогично в соответствии с техническими требованиями по эксплуатации излучателя.

Исходя из ГОСТ 8.566-96 «Измерители  эталонные (образцовые) в виде модели абсолютно черного тела для диапазона температур от -50…+2500 °С.  Методика аттестации и поверки» и ГОСТ 2843-96 «Пирометры. Общие технические требования», калибровка и поверка пирометров должна осуществляться с использованием эталонных излучателей. Применение эталонных излучателей позволяет построить всю шкалу и охватить практически всю номенклатуру пирометров. Соответственно возникает задача по разработке и организации выпуска абсолютно черных тел диапазона температур -50…2500 °С. При этом следует отметить, что излучатели в виде модели АЧТ являются эталонными мерами температуры переменного значения. О ситуации в стране сложившейся в процессе разработки, выпуска и оснащения метрологических лабораторий при внедрении МТШ-90

Первым фактором, влияющим на расстояние до контролируемого объекта является соответствие размера круга контроля и объекта: размер объекта должен превышать диаметр круга контроля так как в противном случае возникнет методическая погрешность ∆t1.

Второй составляющей методической погрешности ∆t2, возникающей при измерении на расстоянии следует считать запыленность в месте измерения. Чем больше концентрация пыли в зоне измерения, тем больше будут искажены результаты измерений из-за ослабления излучения от объекта.

Следующим фактором ∆t3, искажающим картину измерений может стать наличие в поле зрения пирометра факелов пламени. Завышение показаний пирометра при попадании пламени в поле зрения зависит от его спектрального диапазона. Если в спектральный диапазон работы прибора попадают линии поглощения CO2, искажение показаний прибора будет максимальным. А если спектр прибора специально ориентирован на измерение температур объектов сквозь пламя и продукты сгорания (длина волны 3.86 мкм), эта составляющая методической погрешности сведется к нулю.

Аналогичной возможной причиной искажения показаний ∆t4 являются пары воды, которая содержится в воздухе. Эта причина актуальна в том случае, когда спектральный диапазон прибора включает в себя линии поглощения паров воды. При этом степень ослабления пирометрического сигнала зависит от температуры воздуха, относительной влажности воздуха и расстояния, с которого производится измерение.

Еще одной помехой измерениям на значительном расстоянии ∆t5 является отражение от объекта измерения, имеющего небольшой (менее 0.40) коэффициент теплового излучения, излучения от сторонних источников. Если эти объекты имеют температуру выше, чем температура объекта, показания пирометра будут завышены. Если же объекты имеют температуру ниже, чем температура объекта, показания пирометра будут занижены.

Таким образом, методическая погрешность пирометрических измерений на значительном расстоянии может быть выражена суммой: ∆t=∆t1+∆t2+∆t3+∆t4+∆t5 .


5. Список литературы

1. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978, - 704 с.

2. Чистяков С. Ф., Радун Д. В. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Высшая школа, 1972,

392 с.

3. О.М.Блинов, А.М.Беленький, В.Ф.Бердышев «Теплотехнические измерения и приборы», М.: «Металлургия» 1993

4. А.И.Сергеев, «Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»», Магнитогорск:МГТУ, 1999.



1. Реферат Организация производства и планирование основных технико-экономических показателей ЗАО Белцемент
2. Бизнес-план Проект создания мини-отеля Полинео
3. Реферат на тему Рыцарские ордена
4. Контрольная работа на тему Понятие и предмет этики как науки
5. Шпаргалка Шпаргалка по Менеджменту 10
6. Реферат на тему Attention Defict Disorder Essay Research Paper Attention
7. Контрольная работа Сделки с земельными паями
8. Статья на тему Сибирское предпринимательство в области книжного дела вторая половина XIX века
9. Реферат на тему Breakdancing Essay Research Paper Breakdancing a form
10. Реферат на тему Маркетинг социальных услуг