Технические основы метрологического обеспечения

     Тема: «Технические основы метрологического обеспечения» 
 

     ВВЕДЕНИЕ

     На  прошлой лекции мы познакомились  с понятием "метрологическое обеспечение" и узнали, что оно базируется на следующих основах: научной, нормативной, организационной и технической. Сегодня мы подробнее остановимся  на технической основе метрологического обеспечения. 

     1. Учебный вопрос. Технические основы  метрологического обеспечения

     физический измерение метрологический давление

     Техническая основа метрологического обеспечения  включает в себя ряд систем:

     - государственных испытаний СИ;

     - государственной поверки и калибровки  СИ;

     - стандартных образцов состава  и свойств вещества и материалов;

     - стандартных справочных данных  о физических константах и  свойствах веществ и материалов.

     Мы  на лекции рассмотрим лишь следующие  составляющие:

     1.  государственные эталоны единиц ФВ;

     2.  передача размеров единиц физических величин;

     3.  средства измерений.

     Система государственных эталонов

     Эталон - средство измерений или комплекс средств измерений, предназначенные для воспроизведения и хранения единицы физической величины и передачи ее размера образцовым средствам измерений. Эталоны РФ по подчиненности подразделяются на первичные (исходные) и вторичные (подчиненные).

     Основное  назначение эталонов - служить технической базой воспроизведения и хранения единиц физических величин.

     На  рисунке 1 показана метрологическая  цепь передачи размеров единиц от первичных  эталонов рабочим, от них разрядным  рабочим эталонам и далее рабочим  мерам и ИП.

     Если  эталон воспроизводит единицу с  наивысшей в стране точностью, он называется первичным. Первичные эталоны воспроизводят единицу измерения, в соответствии с ее определением (метр, килограмм, секунда и т.д.). Первичный эталон может быть национальным и международным.

     Национальный эталон утверждается в качестве исходного СИ для страны национальным органом по метрологии. В России – это Госстандарт РФ (Государственный комитет по техническому регулированию и метрологии). Международные эталоны хранит и поддерживает Международное бюро мер и весов (МБМВ).

     Первичный или специальный эталон официально утверждается в качестве исходного для страны и называется Государственным.

     Первичные эталоны воспроизводят и (или) хранят единицы и передают их размеры с наивысшей точностью, достигнутой в данной области измерений. Первичные эталоны в зависимости от условий воспроизведения могут иметь разновидность - специальные первичные эталоны. Специальные эталоны воспроизводят единицы в условиях, в которых прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью технически неосуществима (малые и большие энергии, давления, температуры, особые состояния вещества и т.д.). Первичные и специальные эталоны являются исходными для страны и их утверждают в качестве государственных эталонов и присваивается наименование «Государственный первичный эталон» или «Государственный специальный эталон».

     Ко вторичным эталонам относят: эталоны - копии, эталоны сравнения, рабочие эталоны. Эталоны-копии предназначены для передачи размера единицы рабочим эталонам. Эталоны - сравнения - для взаимного сличения эталонов, которые по тем или иным причинам нельзя непосредственно сличить друг с другом. Рабочие эталоны - для поверки средств измерений. К рабочим эталонам относятся военные эталоны.

     Эталоны утверждаются установленным порядком: государственные эталоны - Госстандартом  РФ, а специальные военные эталоны - Министерством обороны РФ. Так  в Министерстве обороны были утверждены следующие военные эталоны:

     ВЭ-13. Военный эталон абсолютного давления. Диапазон значений воспроизводимой  хранимой и передаваемой единицы  давления от 10-3 до 103 Па. Масса эталона 1500 кг;

     ВЭ-14. Военный эталон единицы массы. Диапазон значений единицы массы от 1 мг до 1 кг. Масса эталона 500 кг.

       

     Рисунок 1 - Метрологическая цепь передачи размеров единиц физических величин

     Необходимость разработки и утверждения специальных  военных эталонов диктуется особыми  условиями воспроизведения и  передачи размеров единиц физических величин в армейских условиях. Военный эталон является вторичным  по отношению к первичному государственному эталону.

     Система передачи размеров единиц физических величин

     Для обеспечения правильной передачи размеров единиц физических величин во всех звеньях метрологической цепи (от эталонов к образцовым средствам  измерения и от них к рабочим  средствам измерения) должен быть установлен определенный порядок. Этот порядок  установлен ГОСТ 8.061. ГСИ. Поверочные системы.

     Поверочные  системы подразделяются на государственные, ведомственные и локальные.

     Государственная поверочная система распространяется на все средства измерений данной физической величины, применяемые в стране.

     Ведомственная поверочная система распространяется на средства измерений, подлежащих поверке внутри ведомства.

     Локальная поверочная система распространяется на средства измерений, подлежащих поверке в данном органе государственной или ведомственной метрологической службе.

     Государственная поверочная схема включает в себя чертеж и текстовую часть, содержащую пояснения к чертежу. Ведомственная и локальная поверочные схемы оформляются в виде чертежа.

     На  чертеже поверочной схемы указываются  средства измерения от которых единица  физической величины передается и средства измерения к которым эта единица передается. Все средства измерения заключаются в прямоугольник. Кроме того, на чертеже указывается метод передачи физической величины. (СЛАЙД № 9) Существует четыре метода передачи размера ЕФВ:

     1. Непосредственное сличение без  средств сравнения.

     2. Сличение при помощи средств сличения.

     3. Метод прямых измерений.

     Пример  схемы поверки для нормальных элементов.

     

     Рис. - Поверочная схема для нормальных элементов  

     На  чертеже поверочной схемы указываются:

     1.  наименование средства измерения и методы поверки;

     2.  номинальные значения или диапазоны значений физических величин;

     3.  допускаемые значения погрешностей средств измерения;

     4.  допускаемые значения погрешностей методов поверки.

     Система средств измерений

     Средства  измерений можно классифицировать по следующим принципам:

     - по виду измеряемой величины - температуры, давления и разрежения, количества и расхода вещества, состава, уровня, размеров и др.;

     - принципу действия - механические, электрические,  пневматические, гидравлические, радиоактивные  и др.;

     - назначению - эталоны, образцовые, лабораторные, технические (рабочие);

     - характеру представления информации - индикаторные, показывающие и регистрирующие, а также системы обработки  информации.

     Кроме того, существует деление средств  измерения по числу контролируемых величин, по дистанционному признаку, по характеру контроля во времени (непрерывного и дискретного действия), по размерам средств измерений.

     С целью унификации средств измерения  разработана Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Система обобщает и согласует метрологические показатели и эксплуатационные характеристики средств измерения, обеспечивая общую технологическую базу для производства, а также взаимокомплектуемость и взаимозаменяемость деталей, узлов и приборов.

     ГСП охватывает всю номенклатуру отечественного приборостроения, деля их по функциональным признакам. Это позволяет в каждой функциональной группе провести минимизацию  номенклатуры изделий, их унификацию, блочно-модульное их устройство, совместимость приборов и устройств.

     Технические средства измерений, используемые в  вооружении, военной, специальной технике  и имуществе различных видов  Вооруженных Сил и родов войск  называются войсковыми средствами измерений (ВСИ). ВСИ являются видом военной  техники.

     Наибольшее  распространение в вооружении и  средствах РХБ защиты получили ВСИ  давления, температуры, расхода, уровня, электрических величин и ионизирующих излучений.

     2. Учебный вопрос. Средства измерения  давления  

     Давлением называется сила, равномерно действующая  на площадь и перпендикулярно  к ней направленная.

     В международной системе единиц СИ давление выражают в Паскалях (Па) 1 Па = 1 н/м2. Внесистемные единицы давления, которые используются для технических измерений: техническая атмосфера (кгс/см2), миллиметры водяного столба, миллиметры ртутного столба.

     Паскаль (Па) - малая величина, пригодна для  измерения очень малых давлений. Для измерения средних и высоких  давлений целесообразно применять  кратные единицы: килопаскаль (кПа), мегапаскаль (МПа) и др.

     1 Па=1,02.10-5 кгс/см2 =7,5.10-3 мм рт ст= 0,102 мм вод ст = 10-5 Бар

     1 кгс/см2 = 9,8.104 Па = 735,6 мм рт ст=10000 мм вод ст= 0,98 Бар

     1 мм. рт ст=133,6 Па =1,36.10-3кгс/см2= 13,6 мм вод ст= 1,33.10-3Бар

     1 мм вод ст =9,807 Па =1.10-4кгс/см2 =7,36.10-2мм рт ст= 9,8.10-5Бар

     Различают атмосферное (Ратм), избыточное (Ри), абсолютное (Ра) давления и давление разрежения (Рр), которые связаны между собой следующей зависимостью: 

     Ра = Ри + Ратм

       

     Атмосферное давление измеряется обычно барометром. Оно называется барометрическим Рб и зависит от погоды, географического положения. Высоты над уровнем моря и т.д.

     Давление  выше атмосферного является дополнительным к атмосферному давлением, т.е. избыточным.

     Избыточное  давление измеряют манометром.

     Если  из замкнутого сосуда вакуум-насосом  удалить воздух, то давление в сосуде станет меньше атмосферного. При этом, абсолютное давление определяют как  разность между атмосферным давлением  и разрежением (вакуумом):

     Ра = Ратм – Рр или Рр = Ратм – Ра

     где Рр – разрежение, измеряемое вакуумметром.

     Таким образом, максимальный вакуум (Рр) может быть, когда мы из замкнутого сосуда удалим весь воздух (Ра=0), тогда Рр = Ратм.

     При изменении давления в движущихся средах под давлением понимают статическое  и динамическое давление.

     Статическое давление – это давление, зависящее  от запаса потенциальной энергии  газовой (жидкостной) среды, и определяется оно статическим напором. Оно  может быть избыточным или вакуумметрическим, в частном случае может быть равно  атмосферному.

     Динамическое  давление это давление, обусловленное  скоростью движения потока газа (жидкости). Оно определяется через скоростной (динамический) напор по формуле

       (5.1)