Конспект лекций по метрологии (1024349), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Погрешность поверки указывают в виде погрешности передачи размера единицы от предыдущего высшего звена поверочной схемы данному образцовому средству измерений. При наличии общепринятых классов точности вместо погрешности указывают класс точности.

Под полем образцовых средств измерений низшего разряда помещают поле рабочих средств измерений. Рабочие средства измерений подразделяют по точности и диапазонам измерений на группы, располагая группы в порядке убывающей точности так, чтобы наименования наиболее точных средств измерений находились в левой части поля.

Кроме наименований рабочих средств измерений, указывают диапазоны измерений и характеристики точности в виде класса точности, предела допускаемой погрешности или цены деления. Рабочие средства измерений группируются на поверочной схеме по диапазонам значений измеряемых величин, по точности и методам поверки.

На поверочной схеме указывают в кругах (или при наименовании метода, состоящим из нескольких слов, - в овале) конкретные методы поверки, применяемые в данной области измерений.

Круги располагают между наименованиями объектов поверки и образцовых средств измерений, применяемых для их поверки, причем, если эти круги находятся не в поле эталонов, их располагают в разрывах пунктирной линии, разделяющей соответствующие поля схемы.

Передачу размеров единиц от эталонов образцовым и рабочим средствам измерений изображают соединительными линиями, проходящими через круг, в котором указан метод поверки. Соединительные линии, как правило, не должны пересекаться

На рис. 2 приведен пример компоновки элементов поверочной схемы, где: 1-государственный эталон, 2- метод передачи размера единицы, 3- эталон - копия, 4 - эталон-свидетель, 5 - рабочий эталон, 6,7,8 - образцовые средства измерений соответствующих разрядов, 9 - образцовые средства измерений, заимствованные из других поверочных схем, 10 - рабочие средства измерений.

2.2. ПОВЕРОЧНЫЕ СХЕМЫ ДЛЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

В области средств измерения электрических и магнитных величин имеется только одна основная единица - ампер. Через ампер и единицу мощности - ватт, единую для электрических, магнитных, механических и тепловых величин, можно было бы определить и все

остальные электрические и магнитные единицы. Однако в настоящее время не существует достаточно точных средств воспроизведения ватта абсолютными методами. Поэтому система эталонов электрических и магнитных единиц основывается на эталонах двух единиц - ампера и фарады, воспроизводимых абсолютными методами, основанными на прямых измерениях основных механических единиц и использовании физических констант, с гораздо более высокой точностью, чем каких-либо других величин.

Поле эталонов поверочной схемы для средств измерения силы постоянного электрического тока в диапазоне от 1х10^-12 до 30 А возглавляет Государственный первичный эталон, воспроизводящий ампер в абсолютной мере с относительным средним квадратическим отклонением результата измерения 4х10^-6 и не исключенной относительной систематической погрешностью 8 х10^-6. Посредством эталонных нормальных элементов и мер электрического сопротивления размер единицы передается образцовым мерам малых токов и образцовым амперметрам (один разряд) и далее рабочим средствам измерения. Рабочими средствами являются меры малых постоянных токов с диапазоном от 1х10^-12 до 1х10^-6 А и пределами, допускаемых относительных погрешностей от 0,5 до 1,5 %, амперметры и электрометры для измерения малых постоянных токов от 1х10^-12 до 1х10^-6 А с пределами допускаемых относительных погрешностей от 1 до 10%, микроамперметры, миллиамперметры и амперметры с диапазоном измерения от 10^-6 до 30 А классов точности от 0,005 до 4,0.

Поверочная схема для средств измерения емкости возглавляется Государственным первичным эталоном, в состав которого входит:

- помещенный в вакуум расчетный конденсатор, в котором размер единицы емкости определяется через ее изменение, вызываемое перемещение одного из электродов, путем прямого измерения этого перемещения и использования физических констант;

- интерферометр для измерений перемещения электродов;

- емкостной трансформаторный мост нa частоте 1 кГц, служащий для передачи единицы oт расчетного конденсатора вторичным эталонам.

Воспроизводимое эталоном значение емкости равно 0,1 пФ при относительном среднем квадратическом отклонении результата измерения 2х10^-7 и неисключенной относительной систематической погрешности, не большей 5х10^-7. Через систему вторичных эталонов и образцовых средств измерений трех разрядов единица емкости передается рабочим средствам измерения - измерительным конденсаторам постоянной и переменной емкости, магазинам емкостей, мостам переменного тока и измерителям емкости (фарадмерам).

Государственный первичный эталон единицы индуктивности представляет собой группу из четырех тороидальных катушек индуктивности с номинальными значениями 10х10^-3 Гн. Свое значение индуктивности этих катушек получают от эталонов емкости путем сравнения с помощью индуктивно-емкостного моста на частоте 1 кГц. Размер единицы воспроизводится с относительным средним квадратичным отклонением результата измерения 1х10^-6 при не исключенной относительной систематической погрешности 5х10^-6. Эталон сравнения имеет тот же состав, что и первичный эталон и используется для международного сличения и передачи размера единицы стационарным эталонам-копиям, выполненным в виде группы тороидальных и цилиндрических катушек индуктивности с номинальными значениями от 3х10^-3 до 30х10 ³ ГН. В качестве рабочих эталонов используются одиночные меры или группы одинаковых мер с номинальными значениями от 1х10^-6 до 1 Гн через порядок.

Далее поверочная схема разделяется на две части: для средств измерения индуктивности на частоте от 40 до 10⁶ Гц и для средств измерения индуктивности на частоте от 1 до 100 мГц. Первой частью поверочной схемы предусмотрено три разряда образцовых средств измерения. Рабочие средства измерения представлены мерами индуктивности от 1х10^-8 до 1х10⁸ Гн и взаимной индуктивности от 1х10^-6 до 1х10^-1 Гн, мостами переменного тока и измерителями индуктивности с диапазоном измерения от 1х10^-8 до 1х10⁸ Гн, имеющими пределы допускаемой относительной погрешности от 10^-2 до 10%, от 3х10^-2 до 10% и от 1 до 15% соответственно.

Поверочную схему для средств измерения напряжения постоянного тока возглавляет Государственный первичный эталон, состоящий из мер напряжения на основе эффекта Джозефсона, группы из 20 насыщенных нормальных элементов, компаратора для сравнения мер на основе эффекта Джозефсона между собой и композитора для их сравнения о нормальными элементами.

Мера напряжения выполняется в виде двух сверхпроводников, разделенных слоем диэлектрика толщиной 0,01 мкм (узел Джозефсона). Если поместить узел Джозефсона в высокочастотное электрическое поле, то его вольт- амперная характеристика приобретает ступенчатый (дискретный) характер, причем высота каждой ступеньки составляет

U = (h/2e) f,

где h - постоянная Планка; e - заряд электрона; f - частота поля.

Отношение:

Ф₀ =h/2e =2.0б78506 10^-15 Вб

является одной из фундаментальных физических констант и называется квантом магнитного потока. Таким образом, с помощью узла Джозефсона реализуется абсолютное воспроизведение вольта, сводящееся к измерению частоты и использованию значений физических констант.

В настоящее время квант магнитного потока известен с погрешностью порядка 1х10^-6. С той же погрешностью можно определить и напряжение узла Джозефсона, поскольку частота измеряется с гораздо большей точностью.

При частоте электромагнитного поля 10¹⁰ Гц напряжение, соответствующее одной ступеньке вольт- амперной характеристики, немногим больше 20 мкВ. Практически удается получить около 500 ступеней и напряжение до 10 мВ.

С узлом Джозефсона с помощью специально для этих целей разработанного компаратора осуществляют сличение группы насыщенных нормальных элементов, образующих элемент сравнения. С ним, в свою очередь, с помощью другого компаратора - потенциометра постоянного тока - сличают 20 нормальных элементов первичного эталона.

Построенный таким образом Государственный первичный эталон вольта воспроизводит единицу с относительным средним квадратическим отклонением результата измерения, не превышающим 5х10^-8 при неисключенной относительной систематической погрешности 1х10^-6. Систематическая погрешность намного превышает случайные, что говорит о высоких потенциальных возможностях эталона.

Через рабочие эталоны и четыре разряда образцовых средств измерения единица передается рабочим мерам ЭДС классов точности от 0.0002 до 0.02, рабочим мерам напряжения постоянного тока с пределами допускаемой относительной погрешности от 2 х10^-6 (диапазоне 10 в) и 5х10^-6 (в диапазоне 1000 В) до 3х10^-4, и вольтметрам с пределом измерения до 1000 В классов точности от 0,0005 до 4. Вольтметры классов точности 1,0 и 4,0 на 5х10 ^-10 - 1х10^-6 В поверяются методом косвенных измерений с помощью образцовых амперметров классов точности 0,1; 0,2 и 0,5 и образцовых мер электрического сопротивления 3-го разряда.

Во главе поверочной схемы для средств измерения электрического сопротивления находится Государственный первичный эталон, состоящий из 10 манганиновых одноомных катушек сопротивления и мостовой установки, играющей роль компаратора при взаимном сличении эталонных мер и передаче размера ома вторичным эталонам. Все токоведущие части установки включая сличаемые меры, помещают в термостатированную ванну, заполненную трансформаторным маслом, в которой во время измерений поддерживают температуру (20 ± 0.02)°С. Размер ома в абсолютной мере через единицы длины и время определяют путем сравнения с емкостью расчетного конденсатора Государственного первичного эталона единицы емкости. Сравнение осуществляется с помощью резистивно-емкостного или трансформаторного моста переменного тока на частоте 1 кГц.

0м воспроизводится первичным эталоном с относительным средним квадратическим отклонением, не превышающим 1х10^-7 при неисключенной относительной систематической погрешности 5х10^-7. Рабочим эталоном служат меры электрического сопротивления с номинальными значениями от 10^-4 до 10⁹ 0м. Рабочие эталоны применяются для передачи размера единицы образцовым мерам сопротивления постоянного и переменного тока. В качестве компаратора для сличения в первом случае используются мост постоянного тока, а во втором случае - трансформаторный мост. Далее поверочной схемой предусматривается три разряда образцовых средств измерения, в качестве которых используются одиночные и комбинированные меры сопротивления, мосты и магазины сопротивлений постоянного и переменного тока. В качестве рабочих средств измерения применяются катушки электрического сопротивления, магазины сопротивления и проводимости, мосты постоянного и переменного тока, измерители полных сопротивлений, проводимостей и омметры.

Переход в область измерения электрических величин на переменном токе осуществляется с помощью Государственных специальных эталонов и Государственных поверочных схем для средств измерений силы тока от 2х10^-5 до 25 А в диапазоне частот 40-1х10⁵ и напряжения 0,001-1000 В в диапазоне частот 20-3х10 ⁷ Гц

Поверочная схема для средств измерения напряжения возглавляется Государственным специальным эталоном, состоящим из набора низкочастотных и набора высокочастотных термопреобразователей напряжения, стабилизированных источников постоянного и переменного тока и установки для измерения постоянного напряжения, включающей в себя потенциометры постоянного тока классов точности 0,0005 и 0,002, делителя напряжения класса точности 0.0005 и образцовую меру ЭДС 1-го разряда.

Термопреобразователь представляет собой комбинацию нагревателя и термопары, преобразующей температуру нагревателя в ТЭДС. На нагреватель подается переменное напряжение и измеряется ТЭДС на выходе термопреобразователя. После этого на выход подается постоянное напряжение такого значения, которое вызывает на выходе такую же ТЭДС. При этом действующее значение переменного напряжения будет равно постоянному напряжению, подаваемому на вход термопреобразователя на втором этапе измерений. Это напряжение измеряется путем уравнения с ЭДС образцовой меры напряжения из поверочной схемы для средств измерения напряжения постоянного тока.

Единица напряжений переменного тока воспроизводится Государственным специальным эталоном в диапазоне от 0,1 до 10 В с относительным средним квадратическим отклонением от 5х10^-4 до 5х10^-5 при неисключенной относительной систематической погрешности от 1х10^-5 до 3х10^-4 в зависимости от частоты и воспроизводимого значения напряжения.

Характеристики

Список файлов лекций