В обоснованных случаях допускается объединять или исключать отдельные разделы.



МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«САНКТ–ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ

 

Заведующий кафедрой №_6_

д-р экон. наук, проф.       В.В. Окрепилов
должность, уч. степень, звание   подпись, дата   инициалы, фамилия

 

БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА

на тему Разработка методики поверки цифрового вольтметра

и исследование его характеристик

 

 

выполнена Симоновой Татьяной Артуровной

фамилия, имя, отчество студента в творительном падеже

 

по направлению подготовки 27.03.01   Стандартизация и метрология
  код   наименование направления

 

наименование направления

направленности 27.03.01   Метрология, стандартизация,
  код   наименование направленности

сертификация

наименование направленности

 

Студент группы № М761       Т.А. Симонова
      подпись, дата   инициалы, фамилия

Руководитель

профессор, д.т.н       А.Г. Чуновкина
должность, уч. степень, звание   подпись, дата   инициалы, фамилия

Санкт-Петербург 2021


 

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«САНКТ–ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой №_6_

д-р экон. наук, проф.       В.В. Окрепилов
должность, уч. степень, звание   подпись, дата   инициалы, фамилия

ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ БАКАЛАВРСКОЙ РАБОТЫ

студенту группы М761   Симоновой Татьяне Артуровне
  номер   фамилия, имя, отчество

 

на тему Разработка методики поверки цифрового вольтметра

и исследование его характеристик

 

 

утвержденную приказом ГУАП от    

 

Цель работы: разработка методики поверки цифрового вольтметра переменного и

напряжения (эталонный) FLUKE 5790В, исследование характеристик цифрового

вольтметра валидации методики поверки для применения при калибровке вольтметра

 

Задачи, подлежащие решению:  

 

 

 

Содержание работы (основные разделы):  

 

 

 

 

Срок сдачи работы «   »   20  

Руководитель

профессор, д.т.н       А.Г. Чуновкина
должность, уч. степень, звание   подпись, дата   инициалы, фамилия

Задание принял(а) к исполнению

студент группы № М761       Т.А. Симонова
      подпись, дата   инициалы, фамилия

 

Содержание

Введение

 

В настоящее время все активнее разрабатываются и совершенствуются различные измерительные приборы. Повышение их надежности, точности и степени автоматизации требует разработки новых инструментов и технологий как для калибровки средств измерений, так и метрологической экспертизы, и сертификации. Развитие технологий приводит к необходимости создания новых методов и средств контроля их метрологических характеристик.

Цель ВКР заключается в разработке методики поверки цифрового вольтметра переменного напряжения (эталонный) FLUKE 5790В, исследование характеристик цифрового вольтметра и валидации методики поверки для применения при калибровки вольтметра.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- ознакомление и изучение основной правовой, нормативной и технологической документации;

- анализ поверочной схемы в данной области и описания показателей точности эталона и поверяемого средства измерений;

- ознакомление с требованиями к методикам поверки и методикам калибровки;

- разработка методики поверки;

- Анализ информации о типах вольтметров по Федеральной государственной информационной системе «Аршин»;

- валидация методики поверки при использовании для калибровки;

- анализ источников неопределенности и подтверждение метрологических характеристик вольтметра.

Актуальность дипломной работы заключается в использовании методик поверки при калибровке, что требует их валидации, а именно дополнением расчетом неопределенности.

Государственная методика проверки средств измерений является формой надзора, которая позволяет сохранять единообразие средств измерений и определять их метрологическую пригодность. В нормативных документах, указанных в методике поверки, присутствуют ссылки на используемые государственные (локальные) поверочные схемы. Передача размера единиц от эталонов к рабочим средствам измерений производится в определенном порядке, приведенном в поверочных схемах. размер единиц государственных средств измерений должен быть равен размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а отклонения измерений – находиться в рамках установленных пределов.

В данной работе изучается вопрос возможности валидирования методики поверки цифрового вольтметра переменного напряжения FLUKE 5790В при использовании для калибровки. Валидация предполагает процесс подтверждения, чаще экспериментальный, того, что методика поверки средства измерений может использоваться по определенному назначению. То есть, подтверждение того, что может быть достигнута нужная неопределенность измерений.


 

1 Анализ поверочной схемы и основные понятия

 

1.1 Анализ поверочной схемы для цифрового вольтметра переменного напряжения (эталонный) FLUKE 5790В

 

Основой обеспечения единства измерений являются процедуры, которые позволяют с помощью эталонов выполнять воспроизведение, хранение и передачу размера единиц величин эталонам и средствам измерений, имеющим более низкие показатели точности. Область применения поверочных схем охватывает все средства измерений различных физических величин в зависимости от диапазона действия поверочной схемы.

Поверочные схемы подразделяются на:

- государственные поверочные схемы (ГПС); распространяется на все средства измерений данной физической величины, применяемые в РФ;

- ведомственные поверочные схемы (ВПС); используются для поверок внутри ведомства;

- локальные поверочные схемы (ЛПС); используются для поверок внутри ведомственной метрологической службы, в определенных органах государственной метрологической службы.

Поверочная схема средств измерений – это иерархическая структура, устанавливающая соподчинение эталонов, участвующих в передаче единицы или шкалы измерений от исходного эталона средствам измерений (с указанием методов и погрешностей при передаче), утверждаемая в установленном порядке в виде нормативного документа.

Для передачи единицы электрического напряжения (вольта) от государственного первичного специального эталона единицы электрического напряжения к цифровому вольтметру переменного напряжения FLUKE 5790В используется Государственная поверочная схема для средств измерений переменного электрического напряжения до 1000 В в диапазоне частот от 1х10-1 до 2х109 Гц [1]. Вольтметр FLUKE 5790В имеет режим измерения постоянного напряжения, поэтому необходимо использовать Государственную поверочную схему для средств измерений постоянного электрического напряжения и электродвижущей силы [2]. Эти документы позволяют определить точность первичного эталона, метод передачи единицы электрического напряжения и уровень средства измерения или эталона.

Рассмотрим поверочную схему для средств измерений переменного электрического напряжения. Изначально необходимо ознакомиться со сведениями о специальном первичном эталоне, состоящем из двух эталонов ГЭТ 89 и ГЭТ 27.

Государственный первичный специальный эталон предназначен для воспроизведения и хранения единицы электрического напряжения в диапазоне частот от 10 до 2∙109 Гц при уровнях напряжения от 0,1 до 1000 В и её передачи при помощи вторичных эталонов и рабочих эталонов средствам измерений с целью обеспечения единства измерений в стране.

В основу измерений электрического напряжения в диапазоне частот от 10 до 2∙109 Гц при уровнях напряжения от 0,1 до 1000 В должна быть положена единица, воспроизводимая указанным эталоном.

В состав государственного первичного специального эталона входят:

- набор термоэлектрических преобразователей напряжения с добавочными резисторами в диапазоне частот от 10 до 1∙105 Гц для диапазона напряжений от 0,1 до 1000 В;

- набор термоэлектрических преобразователей напряжения в диапазоне частот свыше 1∙105 до 3∙107 Гц для диапазона напряжений от 0,1 до 30 В;

- набор болометрических преобразователей напряжения в диапазоне частот от 3∙107 до 2∙109 Гц и диапазоне напряжений от 0,1 до 1 В;

- терморезисторный мост постоянного тока;

- мера постоянного напряжения 1 и 10 В;

- средства измерений (далее - СИ) постоянного напряжения;

- высокочастотный электронный вольтметр;

- высокостабильные программируемые источники постоянного и переменного напряжений.

В основу работы государственного первичного специального эталона положен метод сравнения действующего значения переменного напряжения с известным значением постоянного напряжения.

Государственный первичный специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы электрического напряжения при 20 независимых измерениях:

- диапазоне частот от 10 до 1∙105 Гц и диапазоне напряжений от 0,1 до 1000 В;

- со среднеквадратическим отклонением (далее - СКО) результата измерений в относительной форме, S0, в диапазоне от 3∙10-7 до 5∙10-6;

- с доверительными границами неисключенной систематической погрешности в относительной форме, Θ0, при доверительной вероятности Р = 0,99 в диапазоне от 1∙10-6 до 3∙10-5;

- со стандартной неопределенностью, оцениваемой по типу А, uA0, в диапазоне от 3∙10-7 до 5∙10-6;

- со стандартной неопределенностью, оцениваемой по типу В, uB0, в диапазоне от 4,2∙10-7 до 1,3∙10-5;

- в диапазоне частот от 1∙105 до 3∙107 Гц и диапазоне напряжений от 0,1 до 30 В;

- с СКО результата измерений в относительной форме, S0, в диапазоне от 5∙10-6 до 5∙10-5;

- с доверительными границами неисключенной систематической погрешности в относительной форме, Θ0, при доверительной вероятности Р = 0,99 в диапазоне от 3∙10-5 до 3∙10-4;

- со стандартной неопределенностью, оцениваемой по типу А, uA0, в диапазоне от 5∙10-6 до 5∙10-5;

- со стандартной неопределенностью, оцениваемой по типу В, uB0, в диапазоне от 1,3∙10-5 до 1,3∙10-4;

- в диапазоне частот от 3∙107 до 2∙109 Гц и диапазоне напряжений от 0,1 до 10 В;

- с СКО результата измерений в относительной форме, S0, в диапазоне от 5∙10-5 до 1∙10-3;

- с доверительными границами неисключенной систематической погрешности в относительной форме, Θ0, при доверительной вероятности Р = 0,99 в диапазоне от 3∙10-4 до 7∙10-3;

- со стандартной неопределенностью, оцениваемой по типу А, uA0, в диапазоне от 5∙10-6 до 1∙10-3;

- со стандартной неопределенностью, оцениваемой по типу В, uB0, в диапазоне от 1,3∙10-4 до 2,9∙10-3;

Для обеспечения воспроизведения единицы электрического напряжения в диапазоне частот от 10 до 2∙109 Гц при уровнях напряжения от 0,1 до 1000 В должны соблюдаться правила содержания и применения государственного первичного специального эталона, утвержденные в установленном порядке.

Государственный первичный специальный эталон применяют для передачи единицы электрического напряжения вторичным эталонам непосредственным сличением и для передачи единицы рабочим эталонам (далее - РЭ) 1-го разряда и 2-го разряда методом прямых измерений, сличением с помощью компаратора и непосредственным сличением.

Передача размера величины электрического напряжения осуществляется непосредственным сличением первичного эталона со вторичным эталоном – цифровым вольтметром (эталонным) FLUKE 5790В.

Рисунок 1 – Схема передачи размера величины электрического напряжения

 

1.2 Неопределенность при калибровке. Калибровочная иерархия

 

Определим понятие калибровки, которое дано в РМГ 29-2013 [2].

Калибровка средств измерений – совокупность операций, устанавливающих соотношение между значением величины, полученным с помощью данного средства измерений, и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения метрологических характеристик этого средства измерений.

Иерархия калибровки – это последовательность калибровок, начиная от основы для сравнения и заканчивая измерительной системой. В этой последовательности результат каждой калибровки зависит от результата предыдущей калибровки. Основой для сравнения может являться методика измерений, эталон или определение единицы измерения через её практическую реализацию. Элементами иерархии калибровки являются один или более эталонов и измерительные системы, функционирующие в соответствии с методиками измерений.

Неопределённость измерений неизбежно возрастает вместе с последовательностью калибровок.

Если сличение между двумя эталонами используется для проверки, тогда сличение может рассматриваться как калибровка, при необходимости, для корректировки значения величины и неопределённости измерений, приписываемых одному из эталонов.

В определениях понятий «калибровка» и «иерархия калибровки» не прослеживается требование к ограничению величины неопределенности измерений. Такое ограничение величины неопределенности измерений является целевой неопределенностью. Без целевой неопределенности на различных этапах цепи калибровки теряется весь смысл проведения измерений и получения результата измерения, соответствующего своему предполагаемому использованию.

 

1.3 Понятие метрологической прослеживаемости

 

Метрологическая прослеживаемость – свойство результата измерения, в соответствии с которым результат может быть соотнесен с основой для сравнения через документированную непрерывную цепь калибровок, каждая из которых вносит вклад в неопределенность измерений. В данном определении основой для сравнения может быть методика измерений, эталон или определение единицы величины через ее практическую реализацию.

Метрологическая прослеживаемость связана с результатами измерений, опорными значениями величин, и подразумевает под собой непрерывную цепь передачи единиц величин с помощью поверок и калибровок, каждая из которых вносит вклад в неопределенность измерений.

Метрологическая сопоставимость результатов измерений однородных величин основана на их метрологической прослеживаемости. Метрологическая совместимость результатов измерений заменяет привычное представление о нахождении в пределах допускаемой погрешности, поскольку она обеспечивает критерий для вывода о том, относятся ли два результата измерений к одному и тому же измеряемому значению или нет. Если в серии измерений величины, результат измерения несовместим с другими, это означает, что, либо оценка точности измерения неверна, либо измеренное значение изменилось за промежуток времени между измерениями. Следовательно, благодаря метрологической прослеживаемости обеспечивается метрологическая сопоставимость результатов измерений. Это означает то, что результаты измерений независимо от соответствующих неопределенностей измерений и порядка их измеренных значений, понимаются единообразно. То есть их можно сравнивать для различных целей.

Для установления метрологической прослеживаемости результатов измерений необходима основа для сравнения, непрерывная цепь калибровок и неопределенность измерений.

Непрерывная цепь калибровок позволяет связать значение величины, которая является воспроизводимой основой для сравнения, с результатом измерения, получаемого с применением измерительной системы по методике измерений. Такая связь обеспечивается последовательной калибровкой эталонов и на последнем этапе калибровкой измерительной системы по рабочему эталону. Эталоны, с менее точными метрологическими характеристиками калибруются по эталонам с более точными метрологическими характеристиками. Так как калибровка представляет собой процедуру сличения и предполагает выполнение измерений, то точность полученных измеренных значений будет характеризоваться оценкой неопределенности.

По мере продвижения по цепи калибровок, от основы для сравнения до результата измерения, неопределенность измерений будет возрастать.

Для обеспечения метрологической прослеживаемости своих результатов измерений необходимо:

- выполнить калибровку средств измерений и измерительных систем, которые непосредственно участвуют в измерении или контроле значимых влияющих величин;

- использовать для выполнения измерений валидированные методики;

- составить бюджет неопределенности измерений.

При выборе калибровочной лаборатории или производителя сертифицированных стандартных образцов желательно, чтобы они были аккредитованы или признаваемы в рамках международных или региональных соглашений. В выдаваемых лабораториями документах, таких как сертификаты калибровки или паспорта на стандартные образцы, была указана информация о метрологической прослеживаемости установленных измеренных значений величин и неопределенность измерений, связанная с измеренными значениями этих величин.

Прослеживаемость измерений является необходимым, но недостаточным условием для получения надежных результатов измерений. Прослеживаемость измерений в полной мере не обеспечивает получение результатов измерений, соответствующих их предполагаемому использованию.

Для подтверждения метрологической прослеживаемости результатов измерений можно использовать процедуру поверки средств измерений согласно утвержденным поверочным схемам.

Рассмотрим понятие поверки средств измерений данное в ГОСТ Р 8.973-2019 [5]. Поверка средств измерений – это совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений установленным для них обязательным, в том числе метрологическим, требованиям.

 Основная задача процедур поверки и калибровки заключается в оценке действительного значения характеристики средства измерений, то есть погрешности средства измерений или действительного значения материальной меры. Эта оценка и при калибровке, и при поверке проводится путем сравнения показаний средства измерений со значением величины, воспроизводимым эталоном. При поверке не принято рассчитывать неопределенность измерений. Характеристики точности для поверочных схем – характеристики погрешности измерений, которые обеспечивают передачу размера единицы величины с установленной точностью.  Следовательно, не существует никаких обоснованных доводов, что через поверочные схемы с ограничением показателей точности измерений на разных ее уровнях нельзя установить метрологическую прослеживаемость и обеспечить метрологическую сопоставимость результатов измерений.

 


 

2 Условия для разработки методики поверки цифрового вольтметра переменного напряжения FLUKE 5790В

 

2.1 Анализ типа вольтметра по Федеральной государственной информационной системе «Аршин»

 

Федеральная государственная информационная система (далее – ФГИС) «Аршин» [3] является онлайн-системой Федерального Агентства по техническому регулированию и метрологии – Росстандарта, и обеспечивает выполнение законодательных норм о единстве средств измерений. Официально – ФГИС «Аршин» является второй очередью реализации проекта Федерального информационного Фонда по вопросам обеспечения единства измерений.

Пользователями этого ресурса могут быть как юридические лица, так и физические лица предприниматели, которые имеют разрешение на осуществление работ по проведению поверок счетчиков, измерений концентраций растворов, расходов газа, воды и т.д. Кроме данных Росстандарта, в ФГИС «Аршин» также поступает информация и от других организаций: ГК «Росатом», ВНИИМС (Всероссийского научно-исследовательского института метрологической службы) и т.д.

Основная функция ФГИС «Аршин» – это сбор метрологической информации и отчетов, также она используется и для концентрации результатов поверок всех приборов, измерений в едином реестре. При этом их передача должна производиться в соответствии с требованиями государственных органов и в определенные сроки.

Главная страница ФГИС «Аршин» представлена на рисунке 2. ФГИС «Аршин» имеет 96 066 записей утверждённых типов средств измерений.

Рисунок 2 – Вид онлайн-системы ФГИС «Аршин»

Выбираем раздел «утвержденные типы средств измерений». В графе «Наименование СИ» вводим исследуемое СИ «Вольтметр».

Рисунок 3 – Вид поисковой системы раздела «утвержденные типы средств измерений»

После, в графу «Изготовитель» вводим название фирмы производителя «FLUKE».

Рисунок 4 – Вид поисковой системы раздела «утвержденные типы средств измерений»

Выбираем «Вольтметры переменного напряжения эталонные FLUKE 5790B».

Рисунок 5 – Вид поисковой системы раздела «утвержденные типы средств измерений»

Поисковая система по библиотеке сайта упростила поиск нужного средства измерений. Полная информация включает в себя описание типа, срок свидетельства и т.д.

Описание типа является документом, входящим в комплект документов по результатам испытаний. Средство измерений вносится в госреестр с характеристиками, указанными в описании типа.

В описании типа вольтметра переменного напряжения FLUKE 5790В приведено назначение средства измерений: вольтметр переменного напряжения эталонный FLUKE 5790В предназначен для измерений напряжения переменного тока в диапазоне уровней от 10 мВ до 1000 В в диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц и напряжения постоянного тока.

Принцип действия вольтметра FLUKE 5790В основан на сравнении действующего значения переменного напряжения с постоянным напряжением посредством термопреобразователя фирмы Fluke. В режиме измерения прибор работает как цифровой вольтметр с разрешением 8 знаков. При работе вольтметра используется внутренний источник постоянного тока. Вольтметр автоматически осуществляет переключение и расчеты. Также отображает на жидкокристаллическом дисплее среднеквадратическое значение измеряемого переменного напряжения, полярность, его частоту и значение измеряемого постоянного напряжения.

Цифровой вольтметр переменного напряжения FLUKE 5790В имеет вид, представленный на рисунке 2.

Рисунок 2 – Общий вид вольтметра

 

2.2 Требования к методикам поверки

 

Основные требования к построению, изложению, оформлению и содержанию методики поверки установлены ГОСТ Р 8.973-2019 [5].

Стандарты на методики поверки разрабатывают предприятия - разработчики (изготовители) средств измерений, а также другие предприятия и организации (в том числе организации, входящие в структуру федерального органа исполнительной власти, осуществляющего функции по оказанию государственных услуг, управлению государственным имуществом в области обеспечения единства измерений и федеральному государственному метрологическому надзору), специализирующиеся в соответствующей области измерений.

Процедура поверки, описанная в национальном стандарте, должна быть экспериментально проверена. Должны быть подтверждены наличие и доступность на российском рынке технических устройств, входящих в рекомендуемый комплект средств поверки, необходимый для реализации описанной в стандарте методики поверки.

Национальные стандарты на методики поверки включают в комплекс стандартов "Государственная система обеспечения единства измерений" (ГСИ).

Порядок разработки и утверждения стандартов на методики поверки установлен ГОСТ Р 1.2-2020 [6].

На этапе подготовки стандарта к утверждению данные положения должны быть отражены в докладной записке и проекте приказа на утверждение стандарта.

Разделы основных нормативных положений стандарта на методику поверки должны содержать следующую информацию:

- перечень нормируемых характеристик, в том числе метрологических, оценка которых осуществляется при поверке. Перечень нормируемых технических и метрологических характеристик, определяемых при поверке, должен соответствовать обязательным требованиям, установленным национальным стандартом общих технических условий, технических условий или общих технических требований к средствам измерений данной группы. Перечень показателей точности средств измерений, оцениваемых при поверке, должен соответствовать перечню показателей точности, установленных при утверждении типа для средств измерений, поверка которых осуществляется по данному стандарту;

- качественные требования, представленные в виде текстового описания, с указанием возможных видов дефектов;

- количественные требования к допустимым значениям нормированных характеристик, заданные в виде предельно допустимых значений или номинальных значений с предельно допустимыми отклонениями. Перечень допустимых значений нормируемых метрологических характеристик, определяемых при поверке, должен соответствовать требованиям, установленным национальным стандартом общих технических условий, технических условий или общих технических требований к средствам измерений данной группы;

- условия выполнения поверки должны соответствовать требованиям, изложенным в стандарте общих технических условий, технических условий и в эксплуатационной документации;

- описание методов оценки соответствия обязательным требованиям, в том числе метрологическим;

- требования к оборудованию, используемому при поверке, включая требования к показателям его точности;

- оценку предельного значения погрешности поверяемого средства измерений при соблюдении установленных условий поверки, которая может быть обеспечена при реализации данной методики поверки. Оценка предельного значения погрешности должна учитывать показатели точности используемых средств поверки, методики поверки и условий поверки или должна содержать описание структуры образования и источников погрешности, а также методы оценки суммарной погрешности для каждой из оцениваемых характеристик. Предельное значение указанной оценки погрешности рекомендуется представлять в виде доверительных границ систематической составляющей погрешности при многократных измерениях и доверительных границ случайной составляющей погрешности измерений (возможно представление обеих составляющих в виде функций от значения измеряемой величины);

- описание функции стабильности во времени нормированных метрологических характеристик или указание предельного возможного значения нестабильности этих характеристик во времени, полученных на основании имеющихся результатов испытаний или опыта эксплуатации аналогичных средств измерений;

- рекомендации по назначению браковочных границ нормированных характеристик средств измерений, обеспечивающих соответствие поверяемых средств измерений установленным требованиям, с учетом длительности назначенного интервала между поверками, нестабильности нормированных метрологических характеристик во времени и соотношения пределов допускаемой погрешности поверяемых средств измерений и средств поверки.

Для средств измерений, используемых в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, методика поверки должна соответствовать требованиям, установленным соответствующими поверочными схемами, обеспечивающими передачу единиц величин от первичных эталонов или первичных референтных методик измерений. При отсутствии соответствующих государственных поверочных схем должны быть разработаны локальные поверочные схемы, обеспечивающие передачу единицы (единиц) величин от выбранных эталонов или референтных методик измерений к поверяемым средствам измерений.

Если необходимо включить в комплект документов, подтверждающих результаты поверки, протокол поверки, то в методике поверки следует указать правила его оформления (на оборотной стороне свидетельства о поверке или в виде отдельного приложения) и, если это целесообразно, форму протокола.

 

2.3 Разработка методики поверки для цифрового вольтметра переменного напряжения (эталонный) FLUKE 5790В

 

Настоящая методика поверки распространяется на вольтметр переменного напряжения эталонный FLUKE 5790В, (далее по тексту – вольтметр), изготовленный фирмой “FLUKE Corporation”, США, предназначенный для точных измерений переменного электрического напряжения от 10 мВ до 1000 В в диапазоне частот 10 Гц – 1 МГц и измерений постоянного напряжения в диапазоне до 1000 В. Вольтметр используется для поверки и калибровки средств измерений постоянного и переменного напряжений высокой точности. Методика поверки устанавливает методы и средства периодической поверки вольтметра в процессе эксплуатации.

Допускается проведение поверки вольтметра только в режиме измерения постоянного напряжения в ограниченном диапазоне уровней напряжения или в режиме измерения переменного напряжения в ограниченном диапазоне частот и уровней напряжения в соответствии с заявлением владельца, с обязательным указанием в свидетельстве о поверке информации об объеме проведенной поверки.

В данную методику поверки входят пункты:

- средства поверки;

- требования безопасности;

- условия поверки и подготовки к ней;

- проведение поверки;

- оформление результатов поверки.

- Проведение поверки имеет подпункты, в которых отражается ход работы:

- внешний осмотр

- проверка идентификационных данных программного обеспечения

- опробование и проверка общего функционирования

- определение метрологических характеристик

- определение метрологических характеристик в режиме измерения переменного напряжения

- определение метрологических характеристик в режиме измерения постоянного напряжения

Интервал между поверками – 1 год.

 

2.3.1 Операции поверки

 

При проведении поверки должны быть выполнены операции, приведенные ниже:

- внешний осмотр

- проверка идентификационных данных программного обеспечения

- опробование и проверка общего функционирования

- определение метрологических характеристик

Если при проведении той или иной операции поверки получен отрицательный результат, дальнейшая поверка прекращается и выдается извещение о непригодности.

2.3.2 Средства поверки

При проведении поверки должны применяться средства поверки, указанные в таблице 1.

Таблица 1

№№ п/п Номер проверяемого пункта Наименование средств поверки Основные метрологические и технические характеристики СИ, которые используются при поверке Рекомендуе-мый тип средства поверки
1 2.3.5 Государственный первичный специальный эталон единицы напряжения переменного тока Диапазон частот 10 Гц – 30 МГц; НСП: 1·10-6 - 3·10-4   ГЭТ 89-2008
2 2.3.5 Государственный первичный эталон электрического напряжения Диапазон напряжений 0,1 – 1000 В Предел допускаемой основной погрешности (4 - 10) ррм Вольтметр-калибратор В2-43 из состава ГЭТ 13-01

Примечание: допускается применение средств поверки, не приведенных в перечне, но обеспечивающих определение (контроль) метрологических характеристик поверяемых средств измерений с требуемой точностью

 

 

Средства измерений, приведенные в п. 2.3.2, должны иметь действующие свидетельства о поверке.

 

2.3.3 Требования безопасности

 

При поверке вольтметра необходимо соблюдать правила безопасности в соответствии с требованиями эксплуатационной документации поверяемого вольтметра и применяемых средств поверки.

 

2.3.4 Условия поверки и подготовки к ней

 

При проведении поверки должны соблюдаться следующие нормальные условия:

    - температура окружающего воздуха, °С                     23±2;

    - относительная влажность воздуха, %                55±25;

    - атмосферное давление, кПа                           100±4;

    - напряжение питающей сети, В                        230±23;

    - частота питающей сети, Гц                                 50,0±0,5.

Вольтметр и средства поверки должны быть подготовлены к работе в соответствии с их эксплуатационной документацией.

 

2.3.5 Проведение поверки

 

Внешний осмотр вольтметра предусматривает проверку:

- комплектности;

- отсутствия механических повреждений корпуса;

- крепления органов управления, четкости их фиксации;

- состояние лакокрасочных покрытий;

- состояние жидкокристаллического индикатора;

- состояние маркировки.

Проверка идентификационных данных программного обеспечения

Включить вольтметр в сеть переменного тока и дать ему прогреться в течение времени, оговоренном в руководстве по эксплуатации.

Нажав на сенсорном экране последовательно виртуальные кнопки «Setup Menu» и «About This Instrument» получим информацию о вольтметре: серийный номер прибора, номер версии программного обеспечения.

Рисунок 3 – Общий вид экрана индикатора при включенном вольтметре

Рисунок 4 – Вид экрана индикатора после нажатия виртуальной кнопки «Setup Menu»

 

 

Рисунок 5 – Вид экрана индикатора после нажатия виртуальной кнопки «About This Instrument»

 

Результат подтверждения соответствия программного обеспечения считается положительным, если полученные идентификационные данные соответствуют идентификационным данным, указанным на рисунке 5.

Рассмотрим опробование и проверку общего функционирования вольтметра.

Подключите выход универсального калибратора Н4-7 из состава государственного первичного эталона ГЭТ 89-2008 к клеммам «INPUT 2» вольтметра. На панели вольтметра нажмите кнопку «INPUT 2». Переведите калибратор в режим воспроизведения постоянного напряжения.

Последовательно подайте на вход вольтметра постоянное напряжение положительной полярности с номинальными значениями напряжений 10 мВ, 100 мВ, 600 мВ, 1 В, 6 В, 10 В, 60 В, 100 В, 600 В, 1000 В. Убедитесь, что вольтметр отображает подаваемое на его вход напряжение и правильно выбирает поддиапазон измерений.

Последовательно подайте на вход вольтметра постоянное напряжение отрицательной полярности с номинальными значениями напряжений 10 мВ, 100 мВ, 600 мВ, 1 В, 6 В, 10 В, 60 В, 100 В, 600 В, 1000 В. Убедитесь, что вольтметр отображает подаваемое на его вход напряжение и правильно выбирает поддиапазон измерений.

Подключите выход универсального калибратора Н4-7 из состава государственного первичного эталона ГЭТ 89-2008 к соединителю «INPUT 1» вольтметра. На панели вольтметра нажмите кнопку «INPUT 1».

Повторите две предыдущие операции для входа «INPUT 1» вольтметра.

Переведите калибратор Н4-7 в режим воспроизведения переменного напряжения.

Последовательно подайте на вход вольтметра переменное напряжение с номинальными значениями напряжений 10 мВ, 100 мВ, 600 мВ, 1 В, 6 В, 10 В, 60 В, 100 В, 600 В. Для каждого номинального значения напряжения (до 10 В включительно) устанавливайте последовательно частоту 10 Гц, 20 Гц, 40 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 20 кГц, 50 кГц, 100 кГц, 500 кГц, 1000 кГц, свыше 10 В устанавливайте последовательно частоту 10 Гц, 20 Гц, 40 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 20 кГц, 50 кГц, 100 кГц. Убедитесь, что вольтметр отображает подаваемое на его вход переменное напряжение соответствующей частоты и правильно выбирает поддиапазон измерений.

Подключите выход универсального калибратора Н4-7 к клеммам «INPUT 2» вольтметра. На панели вольтметра нажмите кнопку «INPUT 2». Повторите предыдущую операции для входа «INPUT 2» вольтметра.

Последовательно нажимая на передней панели вольтметра кнопки выбора поддиапазона измерений (от нижнего к верхнему поддиапазону), убедитесь, что вольтметр фиксирует выбранный поддиапазон и отображает его на экране индикатора.

Далее необходимо определить метрологические характеристики в режиме измерения переменного напряжения.

Соберите схему соединения приборов в соответствии с рисунком 6. Определение основной погрешности вольтметра в режиме измерений переменного электрического напряжения в диапазоне частот 10 Гц – 1 МГц проводится во всех точках, указанных в таблице 3.

 

 

 


Рисунок 6 – Схема соединения приборов при определении основной погрешности вольтметра в режиме измерений переменного электрического напряжения

Подать от источника переменного/постоянного напряжения из состава ГЭТ 89-2008 на вход тройникового соединителя переменное напряжение 1 В частотой 1 кГц. Зафиксировать показание нановольтметра 34420А, измеряющего значение термоЭДС е1кГц на выходе эталонного преобразователя напряжения и показания поверяемого вольтметра U 1кГц.

Подать от источника переменного/постоянного напряжения из состава ГЭТ 89-2008 на вход тройникового соединителя постоянное напряжение 1 В положительной полярности. Зафиксировать показание нановольтметра 34420А, измеряющего значение термоЭДС е+ на выходе эталонного преобразователя напряжения и показания поверяемого вольтметра U +.

Подать от источника переменного/постоянного напряжения из состава ГЭТ 89-2008 на вход тройникового соединителя постоянное напряжение 1 В отрицательной полярности. Зафиксировать показание нановольтметра 34420А, измеряющего значение термоЭДС е- на выходе эталонного преобразователя напряжения и показания поверяемого вольтметра U -.

Подать от источника переменного/постоянного напряжения из состава ГЭТ 89-2008 на вход тройникового соединителя переменное напряжение 1 В частотой 1 кГц. Зафиксировать показание нановольтметра 34420А, измеряющего значение термоЭДС е1кГц(1) на выходе эталонного преобразователя напряжения и показания поверяемого вольтметра U 1кГц(1).

Рассчитать значение погрешности эталонного преобразователя γэт1кГц и поверяемого вольтметра γпов1кГц на частоте 1 кГц по отношению к напряжению постоянного тока по формулам:

;

 

.

Рассчитать значение разности погрешности Δ1кГц эталонного преобразователя и поверяемого вольтметра на частоте 1 кГц по отношению к напряжению постоянного тока по формуле:

Δ1 кГц = γпов 1 кГц - γэт 1 кГц.

Рассчитать значение погрешности Δ1 кГц с попр поверяемого вольтметра на частоте 1 кГц по отношению к напряжению постоянного тока с учетом поправки А эталонного преобразователя по формуле:

Δ1 кГц с попр = Δ1 кГц + А.

Подать от источника переменного/постоянного напряжения из состава ГЭТ 89-2008 на вход тройникового соединителя переменное напряжение 1 В частотой f. Зафиксировать показание нановольтметра 34420А, измеряющего значение термоЭДС е f на выходе эталонного преобразователя напряжения и показания поверяемого вольтметра Uf.

Подать от источника переменного/постоянного напряжения из состава ГЭТ 89-2008 на вход тройникового соединителя переменное напряжение 1 В частотой 1 кГц. Зафиксировать показание нановольтметра 34420А, измеряющего значение термоЭДС е1кГц на выходе эталонного преобразователя напряжения и показания поверяемого вольтметра U 1кГц

Подать от источника переменного/постоянного напряжения из состава ГЭТ 89-2008 на вход тройникового соединителя переменное напряжение 1 В частотой f. Зафиксировать показание нановольтметра 34420А, измеряющего значение термоЭДС е f (1) на выходе эталонного преобразователя напряжения и показания поверяемого вольтметра Uf (1).

Рассчитать значение погрешности эталонного преобразователя γэтf и поверяемого вольтметра γповf на частоте f по отношению к напряжению частотой 1 кГц по формулам:

.

Рассчитать значение разности погрешности Δf эталонного преобразователя и поверяемого вольтметра на частоте f по отношению к напряжению частотой 1 кГц по формуле:

Δf = γпов f - γэт f.

Рассчитать значение погрешности Δfспопр поверяемого вольтметра на частоте f по отношению к напряжению частотой 1кГц с учетом поправки А эталонного преобразователя по формуле:

Δf с попр = Δf + А.

Рассчитать значение погрешности поверяемого вольтметра на частоте f по отношению к напряжению постоянного тока:

Δf пов = Δf с попр + Δ1 кГц с попр.

Повторить операции для всех частот и уровней напряжения, указанных в таблице 3.

Таблица 3

Поддиапазон измеряемого напряжения Uвх Частота Пределы допускаемой абсолютной погрешности Измеренное значение погрешности

22 мВ

10 мВ

10 Гц ±(290·10-6·U + 1,3 мкВ)  
20 Гц ±(290·10-6·U + 1,3 мкВ)  
40 Гц ±(190·10-6·U + 1,3 мкВ)  
1 кГц ±(110·10-6·U + 1,3 мкВ)  
10 кГц ±(110·10-6·U + 1,3 мкВ)  
20 кГц ±(110·10-6·U + 1,3 мкВ)  
50 кГц ±(210·10-6·U + 2,0 мкВ)  
100 кГц ±(310·10-6·U + 2,5 мкВ)  
1 МГц ±(1700·10-6·U + 8,0 мкВ)  

220 мВ

100 мВ

10 Гц ±(210·10-6·U + 1,5 мкВ)  
20 Гц ±(210·10-6·U + 1,5 мкВ)  
40 Гц ±(85·10-6·U + 1,5 мкВ)  
1 кГц ±(38·10-6·U + 1,5 мкВ)  
10 кГц ±(38·10-6·U + 1,5 мкВ)  
20 кГц ±(38·10-6·U + 1,5 мкВ)  
50 кГц ±(69·10-6·U + 2,0 мкВ)  
100 кГц ±(160·10-6·U + 2,5 мкВ)  
1 МГц ±(1000·10-6·U + 8 мкВ)  

700 мВ

200 мВ

10 Гц ±(210·10-6·U + 1,5 мкВ)  
20 Гц ±(210·10-6·U + 1,5 мкВ)  
40 Гц ±(76·10-6·U + 1,5 мкВ)  
1 кГц ±(33·10-6·U + 1,5 мкВ)  
10 кГц ±(33·10-6·U + 1,5 мкВ)  
20 кГц ±(33·10-6·U + 1,5 мкВ)  
50 кГц ±(51·10-6·U + 2,0 мкВ)  
100 кГц ±(79·10-6·U + 2,5 мкВ)  
1 МГц ±(960·10-6·U + 8,0 мкВ)  

600 мВ

10 Гц ±(210·10-6·U + 1,5 мкВ)  
20 Гц ±(210·10-6·U + 1,5 мкВ)  
40 Гц ±(76·10-6·U + 1,5 мкВ)  
1 кГц ±(33·10-6·U + 1,5 мкВ)  
10 кГц ±(33·10-6·U + 1,5 мкВ)  
20 кГц ±(33·10-6·U + 1,5 мкВ)  
50 кГц ±(51·10-6·U + 2,0 мкВ)  
100 кГц ±(79·10-6·U + 2,5 мкВ)  
1 МГц ±(960·10-6·U + 8,0 мкВ)  

 

Поддиапазон измеряемого напряжения Uвх Частота Пределы допускаемой абсолютной погрешности Измеренное значение погрешности

2,2 В

1 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(66·10-6·U)  
1 кГц ±(24·10-6·U)  
10 кГц ±(24·10-6·U)  
20 кГц ±(24·10-6·U)  
50 кГц ±(46·10-6·U)  
100 кГц ±(71·10-6·U)  
1 МГц ±(900·10-6·U)  

2 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(66·10-6·U)  
1 кГц ±(24·10-6·U)  
10 кГц ±(24·10-6·U)  
20 кГц ±(24·10-6·U)  
50 кГц ±(46·10-6·U)  
100 кГц ±(71·10-6·U)  
1 МГц ±(900·10-6·U)  

7 В

2 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(67·10-6·U)  
1 кГц ±(24·10-6·U)  
10 кГц ±(24·10-6·U)  
20 кГц ±(24·10-6·U)  
50 кГц ±(48·10-6·U)  
100 кГц ±(81·10-6·U)  
1 МГц ±(1200·10-6·U)  

6 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(67·10-6·U)  
1 кГц ±(24·10-6·U)  
10 кГц ±(24·10-6·U)  
20 кГц ±(24·10-6·U)  
50 кГц ±(48·10-6·U)  
100 кГц ±(81·10-6·U)  
1 МГц ±(1200·10-6·U)  

22 В

10 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(67·10-6·U)  
1 кГц ±(27·10-6·U)  
10 кГц ±(27·10-6·U)  
20 кГц ±(27·10-6·U)  
50 кГц ±(48·10-6·U)  
100 кГц ±(81·10-6·U)  
1 МГц ±(1200·10-6·U)  

20 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(67·10-6·U)  
1 кГц ±(27·10-6·U)  
10 кГц ±(27·10-6·U)  
20 кГц ±(27·10-6·U)  
50 кГц ±(48·10-6·U)  
100 кГц ±(81·10-6·U)  
1 МГц ±(1200·10-6·U)  

70 В

20 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(68·10-6·U)  
1 кГц ±(32·10-6·U)  
10 кГц ±(32·10-6·U)  
20 кГц ±(32·10-6·U)  
50 кГц ±(57·10-6·U)  
100 кГц ±(94·10-6·U)  

60 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(68·10-6·U)  
1 кГц ±(32·10-6·U)  
10 кГц ±(32·10-6·U)  
20 кГц ±(32·10-6·U)  
50 кГц ±(57·10-6·U)  
100 кГц ±(94·10-6·U)  

220 В

100 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(68·10-6·U)  
1 кГц ±(31·10-6·U)  
10 кГц ±(31·10-6·U)  
20 кГц ±(31·10-6·U)  
50 кГц ±(69·10-6·U)  
100 кГц ±(98·10-6·U)  

200 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(68·10-6·U)  
1 кГц ±(31·10-6·U)  
10 кГц ±(31·10-6·U)  
20 кГц ±(31·10-6·U)  
50 кГц ±(69·10-6·U)  
100 кГц ±(98·10-6·U)  

700 В

200 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(99·10-6·U)  
1 кГц ±(41·10-6·U)  
10 кГц ±(41·10-6·U)  
20 кГц ±(41·10-6·U)  
50 кГц ±(130·10-6·U)  
100 кГц ±(500·10-6·U)  

600 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(99·10-6·U)  
1 кГц ±(41·10-6·U)  
10 кГц ±(41·10-6·U)  
20 кГц ±(41·10-6·U)  
50 кГц ±(130·10-6·U)  
100 кГц ±(500·10-6·U)  

1000 В

600 В

10 Гц ±(200·10-6·U)  
20 Гц ±(200·10-6·U)  
40 Гц ±(99·10-6·U)  
1 кГц ±(38·10-6·U)  
10 кГц ±(38·10-6·U)  
20 кГц ±(38·10-6·U)  
50 кГц ±(130·10-6·U)  
100 кГц ±(500·10-6·U)  

В таблице 3 символ U - значение измеряемого вольтметром напряжения.

Результаты поверки считаются положительными, если измеренное значение погрешности находится в пределах, указанных в таблице 3.

После нужно определить метрологические характеристики в режиме измерения постоянного напряжения.

Соберите схему соединения приборов в соответствии с рисунком 7. Определение основной погрешности вольтметра в режиме измерений постоянного электрического напряжения проводится во всех точках, указанных в таблице 4.

 

 


Рисунок 7 – Схема соединения приборов при определении основной погрешности вольтметра в режиме измерений постоянного электрического напряжения

Подать от калибратора постоянного напряжения из состава ГЭТ 13-01 на вход поверяемого вольтметра постоянное напряжение U вх1+ = 0,06 В. Зафиксировать показания поверяемого вольтметра U 1+.

Подать от калибратора постоянного напряжения из состава ГЭТ 13-01 на вход поверяемого вольтметра постоянное напряжение U вх1- = -0,06 В. Зафиксировать показания поверяемого вольтметра U 1-.

Рассчитать значение абсолютной погрешности при положительной и отрицательной полярности по формулам:

;

.

Рассчитать среднее значение абсолютной погрешности по формуле:

Рассчитанные значения Δ1+, Δ1-, Δ1 занести в таблицу 4.

Повторить операции для всех уровней напряжения, указанных в таблице 4.

Таблица 4

Поддиапазон измеряемого напряжения Uвх Измеренное значение абсолютной погрешности при положительной полярности Измеренное значение абсолютной погрешности при отрицательной полярности Пределы допускаемой абсолютной погрешности, ± а

В

мкВ

а, мкВ
0,22 0,06     17,3
0,22 0,2     22,6
0,7 0,2     21,6
0,7 0,6     34,8
2,2 0,6     14,4
2,2 1     24
2,2 2     48
7 2     48
7 6     144
22 6     162
22 20     540
70 20     640

В

мВ

а, мВ
70 60     1,92
220 60     1,86
220 200     6,2
700 200     8,2
700 600     24,6
1000 600     22,8
1000 1000     38,0

 

Результаты поверки считаются положительными, если измеренные средние значения абсолютной погрешности находится в пределах, указанных в таблице 4.

 

2.3.6 Оформление результатов поверки

При проведении поверки вольтметра составляется протокол результатов измерений.

Вольтметр, удовлетворяющий требованиям настоящей методики, признается годным.

Положительные результаты поверки вольтметра оформляются свидетельством о поверке установленной формы в соответствии с приказом Министерства промышленности и торговли Российской Федерации № 1815 от 02 июля 2015 г.

Знак поверки наносится на свидетельство о поверке и (или) на прибор.

При отрицательных результатах поверки выпуск в обращение и применение вольтметра запрещается и выдается извещение о непригодности.

 

2.4 Требования к методикам калибровки

 

Основные требования к построению, изложению, оформлению и содержанию методик калибровки установлены в документе CООМЕТ R/GM/31:2016 [7].

Методики калибровки (МК) можно разрабатывать в виде отдельных документов и в виде разделов документов на эталоны и средства измерений. МК могут распространятся как на группы эталонов и средств измерений различных типов, так и на отдельные конкретные типы эталонов и средств измерений. Возможно применение для калибровки стандартизированных МК и МК других организаций с установленными неопределённостями (алгоритмами вычисления неопределённости). В таких случая необходимо подтвердить правильность применения таких методик, а затем применять их при проведении работ по калибровке. Оценку пригодности методик калибровки следует проводить в соответствии с требованиями п. 5.4 стандарта ISO/IEC 17025-2005 [8].

ГОСТ Р 8.879-2014

МК содержит основную часть, состоящую из разделов, расположенных в следующем порядке:

- операции калибровки;

- средства калибровки;

- требования к квалификации исполнителей (если предъявляются особые требования);

- требования безопасности;

- условия калибровки;

- обращение с объектом калибровки;

- подготовка к калибровке;

- проведение калибровки;

- обработка результатов измерений и вычисление неопределенности измерений при калибровке;

- оформление результатов калибровки;

- информационные данные.

В обоснованных случаях допускается объединять или исключать отдельные разделы.


Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 253; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!