авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ...»

-- [ Страница 2 ] --

Таблица 2. Техническая характеристика поворотного устройства Отклонение оси вращения поворотного меха- не более 5" низма от перпендикулярности к поверхности плиты Колебание оси вращения не более 2" Порог чувствительности механизма тонкой по- менее 1" дачи Отклонение от соосности геометрического цен тра призмы и оси вращения поворотного устрой- не превышает 0, ства мм Рис. 2.22. Внешний вид угломерной автоколлимационной установки С помощью регулируемого столика устанавливают призму в плоско сти измерения с отклонением не более 2,5" (установка призмы в плоско сти измерения и измерение пирамидальности граней производится с по мощью визуального автоколлиматора АК-0,25).

Поворотное устройство, как и фотоэлектрические автоколлиматоры, установлено на чугунной плите, которая изолирована от фундамента с помощью надувной резиновой камеры.

Угломерная установка размещается в отдельном помещении, а управление осуществляется с пульта, вынесенного в другое помещение.

Правильная 12-гранная призма изготовлена из плавленого кварца.

Измерительные поверхности призмы аллюминированы. Отклонение цен тральных углов от номинального значения между смежными гранями не превышают ±2";

отклонение от плоскостности измерительных поверхно стей не более 0,03 мкм;

шероховатость – Rz 0,05 мкм;

пирамидальность не превышает 5";

площадь отражающих граней – 30х22 мм.

Передача размера единицы, воспроизводимой интерференционным экзаменатором, призматической угловой мере – правильной многогран ной призме – производится в два этапа.

Первый этап – передача размера единицы от интерференционного экзаменатора фотоэлектрическим автоколлиматорам эталонной установ ки.

Этот этап включает две последовательные операции: настройку элек тронного измерительного блока и определение систематической погреш ности показаний спаренных (включенных по схеме разности показаний) фотоэлектрических автоколлиматоров. Измерительный электронный блок, включенный по схеме разности напряжений двух каналов, дает сра зу разность отсчетов в цифровом виде с дискретностью 0,001". Настройка измерительного блока заключается в приведении его коэффициента уси ления в соответствие с требованием 1В ~ l". При этом каждый автоколли матор юстируют отдельно по показаниям интерференционного экзамена тора. Для этого зрительную трубу автоколлиматора устанавливают на ин терферометре против основного зеркала. Воспроизводимые интерферо метром углы измеряют автоколлиматором и результаты сравнивают. При отклонении показаний цифрового прибора от показаний интерферометра это несоответствие устраняют способом последовательных приближений.

Когда оба автоколлиматора отъюстированы, их включают по схеме получения разности отсчетов и определяют систематическую погреш ность показаний спаренных автоколлиматоров. При этом один из авто коллиматоров наводят на неподвижное плоское зеркало, а второй – на зеркало интерферометра. В дальнейшем эту систематическую погреш ность вводят в виде поправки в программу измерений ЭВМ.

Второй этап передачи размера единицы заключается в определении действительных значений центральных углов правильной многогранной призмы с помощью аттестованных фотоэлектрических автоколлиматоров.

Известны два способа передачи размера единицы: абсолютный и отно сительный.

При абсолютном способе действительные значения центральных уг лов призмы определяют по образцовой угловой мере в виде круговой шкалы с равномерным делением (гониометр, прецизионный делительный стол...).

При относительном способе действительные значения центральных углов призмы определяют сравнением с опорным углом, образуемым ви зирными осями двух автоколлиматоров или двумя гранями призмы. При этом значения опорных углов не известны.

В государственном первичном эталоне плоского угла передача разме ра единицы угловым призматическим мерам производится относительным способом с помощью двух автоколлиматоров. Сущность относительного способа заключается в следующем.

Сумма действительных значений смежных центральных углов Д замкнутого полигона составляет полный круг, т. е.

n Д 360, где n – число граней правильной многогранной призмы.

Номинальные значения центральных углов н и опорных углов н оп ределяются из выражения:

Н Н 360 / n.

Опорный угол H, образуемый визирными осями двух автоколлимато ров, в процессе измерения одной серии остается неизменным.

При относительном способе действительные значения центральных углов следующие:

Д Н, где н – номинальное значение центрального угла;

– отклонение цен трального угла от номинального значения.

Отклонения центральных углов от номинального значения i опреде ляют по разностям отсчетов двух автоколлиматоров, полученным при из мерении правильной многогранной призмы по всей окружности:

i ai, где ai – отсчет автоколлиматоров, включенных по схеме разности;

– отклонение опорного угла от номинального значения:

1n ai, n i где n – число отсчетов, равное числу граней призмы или числу централь ных углов. В свою очередь действительное значение опорного угла:

Д Н, поэтому Д Д a.

С целью уменьшения случайных погрешностей измерения производят многократно в строгой последовательности по определенной программе.

Программа охватывает измерения во всех комбинациях и выполняется от дельными сериями, отличающимися друг от друга значениями опорных уг лов. При измерении по полной программе число серий i составляет i n (n – число граней призмы). С целью исключения систематических погреш ностей измерения производят симметрично. Для этого в каждой серии из меряют, вращая призму по ходу и против хода часовой стрелки. Таким об разом, при аттестации призмы по полной программе общее число измере ний составляет m 2ni. Например, Для 12-гранной призмы m 264. Ре зультаты измерений обрабатываются методом наименьших квадратов с по мощью ПК, входящего в комплекс государственного эталона.

При аттестации по полной программе 12-гранной призмы, входящей в состав эталона, среднее квадратическое отклонение результата измерений не превышает 0,01", а не исключенная систематическая погрешность – 0,02".

Государственный первичный эталон единицы плоского угла требует дальнейшего совершенствования. Первым этапом работы в этом направле нии следует считать автоматизацию фотоэлектрических автоколлиматоров, сопряжение их с ПК, обеспечение автоматического процесса измерений в реальном масштабе времени и последующую математическую обработку методом наименьших квадратов. На втором этапе совершенствования этало на предполагается внедрение фотоэлектрического интерференционного ме тода воспроизведения углов и включение всех устройств эталона в еди ную замкнутую систему, управляемую ПК.

Размер единицы плоского угла от эталона передатся согласно пове рочной схеме по ГОСТ 8.016-81 (приложения 3,4).

3. ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ПЕРВИЧНЫЕ ЭТАЛОНЫ ЕДИНИЦ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 3.1. Государственный первичный эталон единицы массы 3.1.1. Исторический обзор и понятие «масса»

Самыми первыми измерениями, которыми занимался человек, были измерения длины, времени и массы. Весы уже были известны в древнем Египте и на Среднем Востоке за несколько тысяч лет до нашей эры, о чем свидетельствуют настенные рисунки, найденные при археологических рас копках. На рисунках были изображены простейшие коромысловые равно плечие весы с двумя чашами. Весы подвешивали за центр коромысла. Бы ли найдены и гири, которыми пользовались древние египтяне. Весы были хорошо известны так же и древним грекам, которые стали разрабатывать теорию коромысловых весов. Архимед построил первые гидростатические весы (III век до н.э.), с помощью которых можно было взвешивать различ ные тела и в воздухе, и в жидкости. С их помощью он создал шкалу метал лов, которые имели одинаковый вес в воздухе, но различный вес в воде. В качестве эталонного металла естественно было выбрано золото.

Необходимо отметить, что в древние времена до VII века нашей эры люди не различали понятий «масса» и «вес». Впервые понятие «масса»

было введено в физику И.Ньютоном (1643–1727). Под массой он понимал количество материи. Масса входила в открытые им закон всемирного тяго тения и второй закон динамики. Соответственно были введены понятия «тяжелая» и «инертная» масса. Тогда уже И. Ньютон занялся вопросом о соотношении тяжелой и инертной массы. Впоследствии в 70-е годы про шлого столетия опытами В.Б Брагинского была доказана эквивалентность инерционной и гравитационной масс на уровне точности около 110 -12.

В понимание массы, как физической величины, внесли вклад такие ученые, как А. Лагранж, Л. Эйлер, А. Эйнштейн и др. Как оказалось, масса не всегда обладает свойством аддитивности, а при скоростях, сравнимых со скоростью света, масса тела зависит от его скорости. В соответствии с известным уравнением Эйнштейна E mc 2 масса имеет энергетический эквивалент.

На современном уровне знаний наука не дает ответа на вопросы о природе массы, е происхождении. Мы имеем дело с внешними проявле ниями массы в нашем мире. С точки зрения современной науки масса яв ляется фундаментальной физической величиной, присущей всем видам ма терии. Она связана с такими характеристиками материи, как пространство и время. Массой обладают и элементарные частицы – масса порядка 10- кг, и космические объекты, такие как наша Галактика – масса порядка кг. Массу объектов микромира принято выражать в атомных единицах массы (а.е.м.). Атомная единица массы определяется через массу изотопа углерода 12С. Массу объектов макрокосмоса выражают через массу Солнца МС. Так, наша Галактика имеет массу порядка 31012 M C. Масса Галактики может быть рассчитана по простой формуле M Гал Rv 2 /, где R и v – ра диус и линейная скорость вращения Галактики, – гравитационная посто янная. В области макрокосмоса и микромира не возможны прямые взве шивания, однако там могут успешно применяться косвенные методы изме рений массы.

3.1.2. Современное определение единицы массы и его недостатки В обычной жизни, в технике и в большинстве научных исследований, а так же в метрологии выполняют прямые измерения массы. Основными средствами прямых измерений массы являются весы и гири. Под весами надо понимать прибор, который измеряет массу тел через их вес. Диапазон измерений, выполняемых с помощью весов, составляет от 1·10-10 кг до 2·106 кг. Современные электронные кварцевые ультрамикровесы имеют порог чувствительности около 1·10-11 кг, что позволяет определить ниж нюю границу прямых измерений как 1·10-10 кг. С другой стороны, извест ны весы для взвешивания расплавленного металла на максимальную на грузку 2000 т. Для калибровки и поверки весов применяют эталонные ги ри массой от 1 мг до 5 т, технические и метрологические требования к ко торым установлены в рекомендации Международной организации законо дательной метрологии (OIML) МР № 111.

Современные электронные весы представляют собой линейный пре образователь веса в количество импульсов. При градуировке весов фикси руют количество импульсов при нулевой нагрузке (вес равен нулю) N0 и при нагрузке, близкой к максимальной для данных весов, Nmax. Эту на грузку создают с помощью эталонных гирь, масса которых хорошо извест на. Тогда для любой нагрузки, массой от нуля до максимума можно запи сать уравнение N x N m x mэ, N max N где mэ – масса эталонных гирь, соответствующая максимальной нагрузке;

N x – количество импульсов, считанное при действии измеряемой нагруз ки.

В современных электронных весах имеется свое встроенное про граммное обеспечение. Оно предусматривает два режима: режим измере ний и режим градуировки. В результате градуировки, на показывающее устройство весов, выводится значение массы тела, помещенного на весы, в единицах массы.

В Международной системе единиц (SI) за единицу массы принята масса Международного прототипа килограмма, поверхность которого очищена определенным способом, хранящегося в Международном бюро мер и весов (МБМВ, BIPM) в Севре, предместье Парижа. Он имеет обозна чение KI и представляет собой прямой цилиндр диаметром и высотой око ло 39 мм, изготовленный из сплава платины и иридия с весовыми долями 90% и 10%, соответственно. Этот сплав, созданный в результате долгих исследований, обладает высокой химической инертностью, высокой твер достью и износоустойчивостью. Он имеет относительно малый коэффици ент температурного расширения, большую плотность и обладает парамаг нитными свойствами.

Килограмм KI был подогнан по массе точно, в пределах погрешности измерений, к массе Архивного килограмма. Фирмой «Маттей, Джонсон и КО» в 1889 г. были изготовлены 43 копии килограмма KI из того же сплава.

По решению первой Генеральной конференции Международного комитета мер и весов две копии KII и KIII были переданы Международному бюро мер и весов в качестве копий Международного прототипа килограмма.

Впоследствии к ним были добавлены еще 4 копии. Остальные копии были распределены между 17 государствами, подписавшими Метрическую кон венцию (1875 г.). В том числе России были переданы две копии – № 12 и № 26. Копия № 12 – выполняет роль национального прототипа килограмма РФ, а копия № 26 – эталона-свидетеля, который в случае порчи или утраты копии № 12, мог бы ее заменить. В 1892 г. все копии были исследованы и сличены с Международным прототипом килограмма. В результате этого были определены их поправки по отношению к массе Международного прототипа килограмма, масса которого принята точно равной 1 кг, а на гидростатических весах были определены значения их объемов. Наш рос сийский прототип № 12 имеет поправку, равную 0,100 мг, и объем, равный 46,4082 см3. Иными словами масса нашего российского килограмма на 0,100 мг больше массы Международного прототипа килограмма. С 1892 г.

национальный прототип килограмма – копия Международного прототипа килограмма № 12 применяется в ФГУП «ВНИИМ им.Д.И. Менделеева»

для воспроизведения, хранения и передачи размера единицы массы в Рос сии. Периодически наш национальный прототип килограмма сличают с Международным прототипом. За все время существования копии № было проведено пять ее сличений с Международным прототипом кило грамма. Результаты этих сличений приведены на рисунке 3.1.

мкг 80 1889 40 1880 1900 1920 1940 1960 1980 Год Рис. 3.1. Результаты сличений прототипа килограмма № 12 с международ ным прототипом килограмма.

Систематическое изменение массы килограмма № 12 за сто с лишним лет составило около 30 мкг, т.е. 0,3 мкг за год по отношению к Междуна родному прототипу килограмма.

Со времени утверждения ГПЭ единицы массы в 1978 году, бурное развитие весоизмерительной техники, произошедшее на основе достиже ний современных технологий, электронной и вычислительной техники, привело к количественному и качественному изменениям всего парка ра бочих средств измерений массы. Он насчитывает более 100 млн. единиц – это весы различных принципов действия, конструкций и назначения: для дискретного и непрерывного взвешивания, лабораторные и весы для ста тического взвешивания, конвейерные весы и дозаторы непрерывного взвешивания, весы для взвешивания транспортных средств в движении, а также гири семи классов точности по ГОСТ 7328-2001. Основой системы обеспечения единства измерений массы в стране является Государствен ный первичный эталон единицы массы.

Эталон состоит из комплекса следующих средств измерений:

национальный прототип килограмма – копия № 12 Международного прототипа килограмма – гиря из платиноиридиевого сплава;

эталон-свидетель национального прототипа килограмма – копия № 26 Международного прототипа килограмма – гиря из платиноиридие вого сплава;

набор компараторов для передачи размера единицы массы в диапа зоне от 1 мг до 20 кг.

Характеристики компараторов массы приведены в таблице 3.1.

Таблица 3. Метрологические характеристики эталонных компараторов массы № Наименование Наибольший Дискрет СКО, Фирма п/п компаратора предел ность, мг изготовитель измерений, мг гр.

«Mettler 1 UMX 5 5 0,0001 0, Toledo»

СС 1000SL «Sartorius»

2 1000 0,001 0, (Автомат) «Sartorius»

3 CC 2000 2000 0,1 0, 1681МР8 «Sartorius»

4 5000 1 «Sartorius»

5 E40K3 20000 1 Национальный прототип килограмма №12 воспроизводит единицу массы путем сличений его с Международным прототипом килограмма со стандартной неопределнностью 2,3·10-9 кг.

Сличения отдельной гири (В) массой mBi с национальным прототипом килограмма (А) массой m A производят методом замещения по схеме «АВВА» в соответствии с уравнением mBi m A ai VBA 1 ai I i, c где ai и c – плотность окружающего воздуха в i -м цикле взвешивания и плотность гири для юстировки чувствительности компаратора, соответст венно;

VBA – разность объемов сличаемой и исходной эталонных гирь;

I i – разность массы гирь, измеренная на компараторе в i -м цикле взве шивания.

Четыре взвешивания по схеме «АВВА» образуют цикл взвешивания, реализующий метод замещения, когда поверяемая гиря «В» замещается эталонной гирей «А».

Разность массы гирь, измеренную на компараторе в i -м цикле, рассчи тывают по формуле I B1i I B 2i I A1i I A2i, I BAi где I В1i, I В 2i, I A1i и I A2i – показания компаратора в соответствии со схемой взвешивания «АВВА».

Плотность воздуха измеряют в каждом цикле косвенным методом по результатам прямых измерений атмосферного давления P, температуры t и влажности воздуха h, в соответствии с уравнением 0,34848 P 0,009024 h exp0,0612 t a, 273,15 t рекомендованным МКМВ в 1981-1991 гг.

Объем эталонных гирь определяют методом гидростатического взве шивания.

За результат сличений принимают среднее арифметическое по всем циклам взвешиваний. Обычно для эталонных гирь проводят не менее циклов.

Тогда суммарную неопределенность рассчитывают по формуле:

u C m B uW I BA u 2 m A u b2 u ba 2 где uW I BA – стандартная неопределенность по типу А из n циклов;

umA – стандартная неопределенность национального прототипа;

u b – неопреде ленность, обусловленная влиянием аэростатической силы в воздухе плот ностью a на сличаемые гири;

u ba – неопределенность, обусловленная компаратором с дискретностью d (табл. 3.2.).

Таблица 3. Составляющие неопределенности Обозначение Составляющая неопределен- Закон Числовое ности распределения значение, мг I n I BA uW I BA Нормальный BAi 0, i nn u m A U u mA Равномерный 0, k VBA u 2 a a2 u 2 V ub Равномерный 0, u ba d Равномерный 2 0, uC mB uW I BA u 2 m A u b2 u ba 2 - 0, Отсюда видно, что основным влияющим фактором при сличениях, яв ляется аэростатическая сила, действующая на эталонные гири. Она тем больше, чем больше разность объемов сличаемых гирь, и тем меньше – чем меньше неопределенность результата измерений плотности воздуха.

Для гирь, изготовленных, например, из платиноиридиевого сплава и не магнитной нержавеющей стали с разностью объемов около 80 см3, по правка на ее влияние составляет около 96 мг, что почти в 100 тысяч раз превышает дискретность показаний компаратора.

Метрологические характеристики эталона подтверждены междуна родными ключевыми сличениями эталонных гирь.

Более чем за 100 летний период применения Международного прото типа килограмма, стали очевидными недостатки существующего опреде ления килограмма:

масса прототипа со временем меняется, причем насколько – нам неиз вестно;

он доступен только в одном единственном месте и не в любой момент времени, т.е. не удовлетворяет принципу: «любому в любом месте и в любое время»;

существуют риски, связанные с его порчей и даже утратой.

Для устранения этих недостатков метрологи всего мира, в том числе и России, работают над переходом на новое определение и способы воспро изведения килограмма с помощью привязки его к Мировым инвариантам – к фундаментальным физическим константам или массе атомов. Ожидается, что это может произойти в ближайшие годы. В результате перехода на но вое определение килограмма Международный прототип уже не будет аб солютно точным по определению. Соответственно ему будет приписана некоторая неопределенность, что повлечет за собой увеличение неопреде ленности национальных прототипов килограмма. При этом должно быть гарантировано развитие, как квантовой физики, так и практической метро логии. Сами национальные прототипы, методы и техника передачи разме ра единицы массы останутся такими, какими они существуют в настоящее время. Иными словами гири, как точные меры массы, еще долгое время будут служить человечеству.

3.1.2. Эталонные (образцовые) средства измерений Образцовые средства измерений 1-го разряда (рабочие эталоны 1-го разряда) В качестве ОСИ 1-го разряда (рабочих эталонов 1-го разряда) исполь зуют гири с номинальными значениями массы от 1·10-6 до 20 кг, соответст вующие классу точности Е2 по ГОСТ 7328, весы с диапазонами измерений от 1,010-5 до 0,6 кг, соответствующие специальному классу точности по ГОСТ 24104.

Доверительные границы абсолютной погрешности определения массы образцовых гирь 1-го разряда (эталонных гирь 1-го разряда) при до верительной вероятности 0,95 должны быть не более, указанных в таблице 3.3.

Таблица 3. Пределы допускаемых значений характеристик погрешностей и нестабильность эталонов Диапа- ОСИ 1-го ОСИ 2-го ОСИ 3-го ОСИ 4-го зон разряда разряда разряда разряда значе- Рабочие эта- (рабочие (рабочие (рабочие (рабочие Эталоны-копии ний лоны эталоны эталоны эталоны эталоны массы 1-го раз- 2-го раз- 3-го раз- 4-го раз гирь и ряда) ряда) ряда) ряда) весов, S, мг, МГ S, мг, МГ,, мг,, мг,, мг, мг кг.

Гири: 1 1·10–2 3·10–3 2·10–2 1·10–2 – – – – – Гири: –4 1· 2·10–3... 6·10–3... 2·10– 2·... 5·10– 110–6 – 0,2......1·... 1,0 10... Гири:

2103... – – – – –... Гири:

– – – – 1,5103 Гири:

5104...5· – – – – –... 5· Весы:

110– – – – – – 0,5...... 610– Весы:

210–5 – – – – – 0,5...... Весы:

210–3 – – – – – 50...... Весы:

210–3 – – – – – 50...... Пределы допускаемой абсолютной погрешности образцовых весов 1-го разряда (эталонных весов 1-го разряда) должны быть не более, ука занных в таблице 3.3.

Образцовые гири 1-го разряда (эталонные гири 1-го разряда) приме няют для поверки:

образцовых гирь 2-го разряда (эталонных гирь 2-го разряда), гирь клас са точности F1 по ГОСТ 7328 сличением с помощью компаратора;

образцовых весов 1-го разряда (эталонных весов 1-го разряда), лабора торных весов специального и высокого классов точности по ГОСТ 24104, весоизмерительных, тензорезисторных датчиков классов точно сти А и В методом прямых измерений.

Образцовые весы 1-го разряда (эталонные весы 1-го разряда) приме няют для поверки весовых дозаторов дискретного действия непосредст венным сличением.

СКО компараторов массы, применяемых для поверки гирь, должно быть не более 1/6 пределов допускаемых отклонений действительного зна чения массы гири от номинального значения для гирь класса точности F по ГОСТ 7328.

Образцовые средства измерений 2-го разряда (рабочие эталоны 2-го разряда) В качестве ОСИ 2-го разряда (рабочих талонов 2-го разряда) исполь зуют гири номинальными значениями массы от 1·10-6 до 20 кг, соответст вующие классу точности F1 по ГОСТ 7328;

гири с номинальным значением массы 500 кг;

весы с диапазонами измерений от 210-5 до 5 кг, соответст вующие специальному или высокому классу точности по ГОСТ 24104.

Доверительные границы абсолютной погрешности определения массы образцовых гирь 2-го разряда (эталонных гирь 2-го разряда) при до верительной вероятности 0,95 не должны превышать, указанных в таблице 3.3.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности образцовых весов 2-го разряда (эталонных весов 2-го разряда) не должны превышать, ука занных в таблице 3.3.

Образцовые гири 2-го разряда (эталонные гири 2-го разряда) приме няют для поверки:

образцовых гирь 3-го разряда (эталонных гирь 3-го разряда) и гирь класса точности F2 по ГОСТ 7328 сличением с помощью компаратора;

образцовых весов 2-го разряда (эталонных весов 2-го разряда), лабора торных весов специального и высокого классов точности по ГОСТ 24104, весоизмерительных тензорезисторных датчиков классов точно сти А, В и весов специального назначения методом прямых измерений.

Образцовые весы 2-го разряда (эталонные весы 2-го разряда) приме няют для поверки весовых дозаторов дискретного действия непосредст венным сличением.

СКО компараторов массы, применяемых для поверки гирь, не должно превышать 1/9 пределов допускаемых отклонений действительного значе ния массы гири от номинального значения для гирь класса точности F2 по ГОСТ 7328.

Образцовые средства измерений 3-го разряда (рабочие эталоны 3-го разряда) В качестве ОСИ 3-го разряда (рабочих эталонов 3-го разряда) исполь зуют гири номинальными значениями массы от 1·10-6 до 20 кг, соответст вующие классу точности F2 по ГОСТ 7328;

гири с номинальным значением массы 500 кг;

весы с диапазонами измерений от 210-3 до1103 кг, соответ ствующие высокому классу точности по ГОСТ 24104.

Доверительные границы абсолютной погрешности определения массы образцовых гирь 3-го разряда (эталонных гирь 3-го разряда) при до верительной вероятности 0,95 должны быть не более, указанных в таблице 3.3.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности образцовых весов 3-го разряда (эталонных весов 3-го разряда) должны быть не более, ука занных в таблице 3.3.

Образцовые гири 3-го разряда (эталонные гири 3-го разряда) приме няют для поверки:

образцовых гирь 4-го разряда (эталонных гирь 4-го разряда) и гирь класса точности М1 по ГОСТ 7328 сличением с помощью компаратора;

образцовых весов 3-го разряда (эталонных весов 3-го разряда), лабора торных весов высокого класса точности по ГОСТ 24104, весоизмери тельных тензорезисторных датчиков класса точности В и весов специ ального назначения методом прямых измерений.

Образцовые весы 3-го разряда (эталонные весы 3-го разряда) приме няют для поверки весовых дозаторов дискретного действия непосредст венным сличением.

СКО компараторов массы, применяемых для поверки гирь, не должно превышать 1/9 пределов допускаемых отклонений действительного значе ния массы гири от номинального значения для гирь класса точности М1 по ГОСТ 7328.

Образцовые средства измерений 4-го разряда (рабочие эталоны 4-го разряда) В качестве ОСИ 4-го разряда (рабочих эталонов 4-го разряда) исполь зуют гири с номинальными значениями массы от 1·10-6 до 5·103 кг, соот ветствующие классу точности M1 по ГОСТ 7328;

весы с диапазонами из мерений от 210-3 до 2105 кг, соответствующие среднему классу точности по ГОСТ 24104 или по ГОСТ 29329 или обычному классу точности по ГОСТ 29329.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности образцовых средств измерений 4-го разряда (рабочих эталонов 4-го разряда) должны быть не более, указанных в таблице 3.3.

Образцовые гири 4-го разряда (эталонные гири 4-го разряда) приме няют для поверки:

гирь классов точности М2 и М3 по ГОСТ 7328 сличением с помощью компаратора;

лабораторных весов среднего класса точности по ГОСТ 24104, весов для статического взвешивания среднего и обычного классов точности по ГОСТ 29329, весоизмерительных тензорезисторных датчиков классов точности С, D, весов специального назначения, весов для взвешивания транспортных средств в движении, весовых дозаторов дискретного дей ствия методом прямых измерений.

Образцовые весы 4-го разряда (эталонные весы 4-го разряда) приме няют для поверки весов и весовых дозаторов непрерывного действия, ве совых дозаторов дискретного действия, весов для взвешивания транспорт ных средств в движении непосредственным сличением.

СКО компараторов массы, применяемых для поверки гирь, не должно превышать 1/9 пределов допускаемых отклонений действительного значе ния массы гири от номинального значения для гирь классов точности М2 и М3 по ГОСТ 7328 (подраздел 4.3).

3.1.3. Рабочие средства измерений В качестве рабочих средств измерений используют: гири классов точ ности Е1, Е2, F1, F2, M1, M2, M3 по ГОСТ 7328;

лабораторные весы специ ального, высокого и среднего классов точности по ГОСТ 24104;

весы для статического взвешивания среднего и обычного классов точности по ГОСТ 29329;

весы специального назначения;

весовые дозаторы дискретного дей ствия, весы и весовые дозаторы непрерывного действия, весы для взвеши вания транспортных средств в движении;

весоизмерительные тензорези сторные датчики классов точности А, В, С и D по ГОСТ 30129.

Доверительные границы абсолютной погрешности определения мас сы гирь классов точности Е1, Е2, F1, F2 при доверительной вероятности 0, составляют от 610–4 до 100 мг.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности гирь классов точ ности M1, M2, M3 составляют от 0,2 до 5·105 мг.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности лабораторных весов в интервалах взвешивания устанавливают в соответствии с ГОСТ 24104.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности весов специально го назначения устанавливают в соответствии с техническими документа ми.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности весов для статиче ского взвешивания в интервалах взвешивания устанавливают в соответст вии с ГОСТ 29329.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности весоизмеритель ных тензорезисторных датчиков классов точности А, В, С и D устанавли вают в соответствии с ГОСТ 30129.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности весов и весовых дозаторов непрерывного действия устанавливают в соответствии с ГОСТ 30124.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности весовых дозаторов дискретного действия в зависимости от класса точности устанавливают в соответствии с ГОСТ 10223.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности весов для взвеши вания транспортных средств в движении в зависимости от класса точности устанавливают в соответствии с ГОСТ 30414.

3.1.4. Методы точных взвешиваний Сличения поверяемых гирь с эталонными гирями выполняют методом замещения по схеме АВВА с помощью компаратора. Эталонная гиря обо значена через А, а поверяемая – через В. При этом в качестве эталонной и поверяемой гири могут использоваться несколько гирь при условии, что суммы номинальных значений эталонных и поверяемых гирь одинаковы.

В начале устанавливают на чашку компаратора эталонную гирю А соответствующего номинала и после стабилизации показаний обнуляют дисплей, снимают гирю А и вновь ее устанавливают на чашку и записывают показание А11.

Далее, помещают на чашку вместо эталонной гири А поверяемую гирю В, записывают показание В11. Снимают гирю В и снова устанавливают ее на чашку и записывают показание В21, снимают гирю В и устанавливают на чашку эталонную гирю А и записывают показания А21.

На этом цикл взвешивания заканчивается.

Повторяют указанные операции до получения необходимого числа циклов АВВА, снимая показания примерно через равные промежутки времени.

Разность между массой поверяемой и эталонной гирей m, полученной на компараторе, находят по формуле:

n B A A B 1i 1i 2 2i 2i m i 1, n где А1i и A2i – показание компаратора при измерении эталонной гири для i го цикла;

В1i и В2i – показание компаратора при измерении поверяемой гири для i-го цикла;

n – число циклов АВВА, i =1;

2;

3….n.

Следует отметить, что обычно взвешивания выполняют в условиях окружающего воздуха. Это приводит к необходимости учитывать влияние выталкивающей архимедовой силы на результат взвешивания. Однако при сличениях гирь этого не требуется, т.к. гири изготавливаются из нержа веющей стали с приблизительно одинаковой плотностью. Точнее их масса приводится к некоторой условной массе, которая создавала такое же уси лие на весы, как если бы она имела плотность, равную 8000 кг/м 3, при стандартной плотности воздуха 1,2 кг/м3. Исходя из этого определения ус ловную массу гирь, можно вычислить по формуле:

1, w mc m, 1, где mc – условная масса гири;

m – действительная масса гири;

w – плот ность гири.

Понятие условной массы применимо только для гирь и введено спе циально для того, чтобы не пользоваться поправкой на архимедову силу при поверке гирь.

При обычных точных взвешиваний с помощью электронных весов не обходимо учитывать влияние архимедовой силы. При взвешивании какого либо тела с плотностью массу этого тела определяют по формуле:

a c m I, a где c – плотность гири, по которой проводилась градуировка весов, как правило, 8000 кг/м3;

I – показание весов.

Размер единицы массы от эталона передается согласно поверочной схеме (приложение № 5).

3.2. Государственный первичный эталон единицы силы Измерениями силы в Советском союзе начали заниматься с 1927 г. В Горьковской палате мер и весов, в период с 1927 по 1928 гг., проводились испытания цепей и канатов на прочность. В 1929г. в г. Горьком была орга низована лаборатория по испытанию машин и механических свойств мате риалов.

Создание механической лаборатории во ВНИИМ относиться только к 1933-1934 гг. Задачей лаборатории являлось создание эталонной и образ цовой аппаратуры для испытаний материалов (определения основных ха рактеристик металлов). Работами тогда руководил профессор В.П. Петров.

К основному оборудованию механической лаборатории относились:

образцовый стационарный динамометр;

рычажная силоизмерительная ма шина;

эталонная установка непосредственного нагружения до 3 т.с. для испытаний материалов по Бринеллю;

образцовые приборы Роквелла, Ви керса;

наборы образцовых динамометров и масс доз на растяжение и сжа тие до 500 т. В то время, единственная в СССР рычажная силоизмеритель ная машина передавала размер единицы силы динамометрами до 50 т.с. с погрешностью 0,2 % для всей промышленности. Эта машина была изго товлена в Германии фирмой "Фриш и Модергафф" В годы войны она была эвакуирована в г. Свердловск, где функционирует и сегодня.

В 1935 г. в Московском институте мер и измерительных приборов от крылась механическая лаборатория, в которой стали заниматься исследо ваниями в области измерения силы.

Во ВНИИМ в 1940 г. была начата разработка проекта эталонной уста новки до 100 т.с. (ЭУ-100), но во время Великой Отечественной войны ра боты были прерваны.

Дальнейшее развитие область измерений силы получила в послевоен ные годы. Горьковским экспериментально-конструкторским бюро (ЭКБ) под руководством Н.Г. Токаря была создана серия оригинальных образцо вых динамометров на различные нагрузки от 3 до 2000 т.с. с погрешностью 0,3–0,5 %. Этим динамометром до сих пор оснащены территориальные ве домственные службы. Кроме того, Горьковским ЭКБ созданы две рычаж ные силоизмерительные машины до 50 т.с. с погрешностью 0,1 %. Одна из этих машин была установлена в г. Риге, вторая – в г. Горьком.

В 1951-1953 гг. в Московском государственном институте мер и из мерительных приборов были созданы гидравлические образцовые сило измерительные машины до 50 т.с. с погрешностью 0,2 %. Кроме Москвы ими были оснащены Харьковский и Новосибирский институты.

Во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева в 1949 г. была создана эталонная ус тановка ЭУ-10 до 10 т.с. Работы по созданию эталонной установки ЭУ- были возобновлены в 1950 г., она была изготовлена и в 1967 г. установлена во ВННИМ им. Д.И. Менделеева. С 1949 г. по 1967 г. работами по созда нию ЭУ-100 и средств по измерению силы руководил С.А. Смолич, а ис следованием ЭУ-100 и созданием образцовых динамометров 1-го разряда с 1968 г. по 1977 г. – Л.М. Максимов.

Кроме того, в период с 1967 г. по 1970 г. были созданы еще две эта лонные установки: ЭУ-0,02 до 20 кг.с. ЭУ-0,5 до 500 кг.с.

С 1955 г. во ВННИМ им. Д.И. Менделеева начали проводиться иссле дования, целью которых было создание образцовых динамометров 1-го разряда с оптической системой отсчета для передачи размера единицы си лы от эталонной установки ЭУ-10. Диапазоном измерений силы этими ди намометрами составлял 1 – 10 т.с., с погрешность – 0,1 %.

В 1967 г. была изготовлена серия образцовых динамометров 1-го раз ряда с диапазоном измерения 10-1000 кН.

С 1978 г. во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева были начаты работы по расширению диапазона воспроизведения силы до 5 МН. Кроме этого, с 1986 г. начались работы по созданию эталонных динамометров для повы шения точности передачи размера единицы силы от ГПЭ. В 1988 г. был создан эталонный динамометр до1 МН с погрешность 0,01 %. А в период с 1990 г. по 1993 г. создан ряд эталонных динамометров до 50 кН, 100 кН, 200 кН, 500 кН с погрешностью 0,01 %. В 1996 г. был создан динамометр сжатия до 5 МН с погрешность 0,03 %. В настоящее время ведутся работы по созданию компаратора до 20 кН, предназначенного для поверки гирь массой до 2 т.

Сила – это векторная величина, относящаяся к производным физиче ским величинам. Абсолютное значение силы определяется из уравнения измерения, которое в соответствии со вторых законом Ньютона имеет вид:

, (1) где m – масса тела;

– вектор ускорения.

По виду уравнения измерения (1) можно судить о том, что изме рение силы является косвенным. Уравнение измерения позволяет оп ределить размерность силы. При этом:

, (2) где M, L, T – размерности основных физических величин. Едини цами этих физических величин соответственно является метр (м), ки лограмм (кг), секунда (с).

Единица измерения силы получила собственное наименование – "ньютон" (1 Н = 1 кг.м.с2).

Уравнение измерения силы (1) явилось основой при создании го сударственного первичного эталона (ГПЭ) единицы силы (ГОСТ 8.065-85).

Кроме указанного выше, упрощенные уравнения измерения мо гут быть получены путем применения теории размерности.

3.2.1. Первичные эталоны В 1972 г. был утвержден Государственный первичный эталон (ГПЭ) еди ницы силы. В соответствии с государственной поверочной схемой (ГОСТ 8.065-85), государственный первичный эталон передает размер единицы силы эталонным и рабочим средствам измерений, т.е. обеспе чивает единство измерений силы в стране.

Государственный первичный эталон единицы силы существует в единственном экземпляре, по ряду параметров не имеет мировых анало гов, является основой метрологического обеспечения России в области измерения силы, позволяет проводить уникальные физические экспери менты.

Особо перспективными являются:

– разработка системы управления режимом воспроизведения силы эталоном по различным законам для определения динамических харак теристик средств измерений силы;

– экспериментальные исследования компараторов (динамометров) с погрешностью измерения массы 0,005% для поверки большегрузных ве сов (автомобильных, железнодорожных) и дозаторов;

– разработка новых методов и эталонных средств для обеспечения единства измерений силы в России;

– изучения влияния изменения плотности воздуха на погрешность воспроизведения силы эталоном.

В основу построения эталонов единицы силы, как в нашей стране, так и за рубежом положен принцип взаимодействия массы с гравитационным по лем Земли. Основными достоинствами метода являются высокая точность и широкий диапазон воспроизведения единицы силы. К недостаткам сле дует отнести следующее, создание эталона на большие нагрузки экономи чески не выгодно из-за сложности конструкции, большой металлоемкости, сложности монтажа и эксплуатации, а также большой стоимости здания, требуемого для размещения.

Государственный первичный эталон (ГПЭ) единицы силы России имеет следующие метрологические характеристики:

1)диапазон воспроизведения единицы силы 10-1*106 Н;

2) погрешность воспроизведения единицы силы:

-оценка среднего квадратичного отклонения (СКО), S не более 5*10-6 Н;

-граница не исключенной систематической погрешности, не более 1* 10-5 Н. Относительная стандартная неопределенность, оцениваемая по ти пу A,WA не превышает 5*10-6 при 15 независимых измерениях. Относи тельная неопределенность, оцениваемая по типу B, WB не превышает 6*10-6 Н.

Значение мер силы определяется по формуле:

F= m*g (1-p1/p2) где m- масса меры, g – ускорение силы тяжести, p1 – плотность воздуха, p –плотность серы силы.

Государственный первичный эталон состоит из комплекса следующих средств измерений:

- эталонная установка ЭУ-0,02, диапазон значений силы, в котором вос производится единица, составляет от 10 до 2*102 Н, с дискретностью Н;

-эталонная установка ЭУ-0,5, диапазон значений силы, в котором воспро изводится единица, составляет от 102 до 5*103 Н, с дискретностью 100Н;

- эталонная установка ЭУ-10, диапазон значений силы, в котором воспро изводится единица, составляет от 2*103 до 1*105Н, с дискретностью 1 кН;

- эталонная установка ЭУ-100, диапазон значений силы, в котором воспро изводится единица, составляет от 1* 104 до 1*106 Н, с дискретностью кН;

Эталонная установка ЭУ-100 размещена на монолитном помехозащищен ном фундаменте массой 500 т. Габаритные размеры установки состав ляют, высота 16 м., длина 6 м., ширина 6м.

Масса эталонной установки ЭУ-100 составляет 400 т. Она содержит 100 мер силы, изготовленных из немагнитной и нержавеющей стали.

Применение немагнитной стали обусловлено необходимостью исключе ния влияния магнитных полей, а нержавеющей для стабильности массы во времени. На эталонной установке ЭУ-100 дополнительно могут про водиться исследования по взаимодействию большой массы (100 т) с гра витационным полем Земли.

Рис.3.2. Эталонная установка ЭУ-100.

Государственный первичный эталон применяют для передачи размера единицы силы рабочим эталонам 1-го разряда методом сличения с помо щью компараторов (переносных преобразователей силы). СКО компарато ров для реализации методов сличений государственного первичного эта лона с рабочими эталонами 1-го разряда не должны превышать значений, указанных в таблице 4.1.

Таблица 3. Среднеквадратичные отклонения компараторов.

Рабочий эталон 1-го Режим ра- СКО компа разряда боты раторов Машина силовоспроиз водящая до 1 МН с пределом допускаемых значений доверитель ных границ относи тельной погрешности Растяжение, =0,01% сжатие S0,003% Машина силовоспроиз водящая до 1 МН с пределом допускаемых значений доверитель ных границ относи тельной погрешности Растяжение, =0,02% сжатие S0,005% Машина силовоспроиз водящая до 1 МН с пределом допускаемых значений доверитель ных границ относи тельной погрешности Растяжение, =0,05% сжатие S0,01% Машина силовоспроиз водящая до 1 МН с пределом допускаемых До 3 МН значений доверитель- растяжение, ных границ относи- сжатие.

тельной погрешности Свыше =0,15% МН сжатие S0,02% 3.2.2. Эталонные (образцовые) средства измерений Образцовые средства измерений 1-го разряда (рабочие эталоны 1-го разряда) В качестве рабочих эталонов 1-го разряда применяют стационарные си ловоспроизводящие машины с диапазоном воспроизведения от 10 Н до МН.

Пределы допускаемых значений доверительных границ относительной погрешности силовоспроизводящих машин приведены ниже в таблице 3.5.

Таблица 3. Пределы допускаемых значений доверительных границ относительной погрешности.

Предел допус каемых значе ний довери тельных гра Принцип действия Режим работы ниц относи силовоспроизводящих рабочего этало- Предел воспро- тельной по машин на 1-го разряда изведения (ПВ) грешности Установка непосред- Растяжение, ственного нагружения сжатие 1 МН =0,01 % Установки непосред ственного нагруже- До 3 МН ния, силоумножаю- Растяжение, щие установки гид- сжатие.Свыше равлического или ры- 3 МН чажного типа сжатие 1 МН =0,02 % Установки гидравли ческого, рычажного или компараторного типа со встроенным преобразователем си- Растяжение, лы сжатие 3 МН =0,05 % Силоумножающие установки гидравли- До 3 МН ческого или рычаж- Растяжение, ного типа, установки сжатие.Свыше компараторного типа 3 МН со встроенным преоб- сжатие 9 МН =0,15% разователем силы Примечание. Могут быть применены силовоспроизводящие машины имеющие другие принципы действия. Диапазон воспроизведения может быть разделен на интервалы с разными пределами допускаемых значений доверительных границ относительной погрешности.

Рабочие эталоны 1-го разряда предназначены для передачи размера единицы методом прямых измерений, следующим средствам измерений:

- рабочим эталонам 2-го разряда;

- рабочим средствам измерений.

Соотношение пределов допускаемых значений доверительных гра ниц относительной погрешности рабочих эталонов 1-го разряда и пределов допускаемых значений доверительных границ относительной погрешности рабочих эталонов 2-го разряда должно быть не более 1/3.

Образцовые средства измерений 2-го разряда (рабочие эталоны 2-го разряда) В качестве рабочих эталонов 2-го разряда применяют переносные динамо метры в диапазоне измерений от 10 Н до 9 МН.

Пределы допускаемых значений доверительных границ относительной по грешности при доверительной вероятности p 0,95 за межповерочный ин тервал рабочих эталонов 2-го разряда не должны превышать значений, указанных в таблице 3.6.

Таблица 3. Пределы допускаемых значений доверительных границ относитель ной погрешности при доверительной вероятности p 0,95 рабочих эта лонов 2-го разряда.

Предел допускаемых значений довери тельных границ от носительной по Режим рабо ты рабочего Предел из- грешности при до верительной вероят эталона 2-го мерений ностью p=0,95, разряда (ПИ) Растяжение, сжатие 1 МН 0,06% Растяжение, сжатие 1 МН 0,12% Растяжение, сжатие 3 МН 0,24% До 3 МН растяжение, 9 МН 0,45% сжатие.

Свыше 3 МН сжатие.

Примечание. Диапазон измерений динамометра может быть разделен на интервалы с разными пределами допускаемых значений доверительных границ относительной погрешности.

Рабочие эталоны 2-го разряда применяют для передачи размера еди ницы методом прямых и совокупных измерений, следующим средствам измерений:

-рабочим эталонам 3-го разряда;

-рабочим средствам измерений (метод совокупных измерений заклю чается в применении группы параллельно установленных динамометров 2 го разряда).

Соотношение пределов допускаемых значений доверительных границ относительной погрешности рабочих эталонов 2-го разряда и пределов до пускаемых значений доверительных границ относительной погрешности рабочих эталонов 3-го разряда должно быть не более 1/3.

Образцовые средства измерений 3-го разряда (рабочие эталоны 3-го разряда) В качестве рабочих эталонов 3-го разряда применяют стационарные силовоспроизводящие машины в диапазоне воспроизведения от 10 Н до МН.

Пределы допускаемых значений доверительных границ относитель ной погрешности силовоспроизводящих машин приведены в таблице 3.7.

Таблица 3. Пределы допускаемых значений доверительных границ относительной погрешности.

Режим ра боты рабо- Предел допускаемых Принцип действия чего этало- значений доверитель силовоспроизводящих на 3-го раз- Предел воспро- ных границ относи машин ряда изведения (ПВ) тельной погрешности Силоумножающие установка гидравли ческого или рычаж- Растяжение, ного типа сжатие 3 МН =0,2 % Силоумножающие установки гидравли ческого, рычажного Растяжение, или компараторного сжатие типа 3 МН =0,5 % Силоумножающие установки гидравли ческого, рычажного или компараторного Растяжение, типа сжатие 3 МН =1 % Установки гидравли- До 3 МН ческого типа, уста- Растяжение, новки компараторно- сжатие.

го типа со встроен- Свыше ным преобразовате- МН лем силы сжатие 9 МН =2 % Примечание. Могут быть применены другие силовоспроизводящие ма шины, имеющие другие принципы действия.

Рабочие эталоны 3-го разряда предназначены для передачи размера единицы рабочим средствам измерений методом прямых измерений.

Соотношение пределов допускаемых значений доверительных границ относительной погрешности рабочих эталонов 3-го разряда и пределов до пускаемой относительной погрешности рабочих средств измерений долж но быть не более 1/3.

3.2.3. Рабочие средства измерений В качестве рабочих средств измерений применяют переносные дина мометры, датчики силоизмерительные, испытательные машины, прессы, стенды и другие измерительные системы, содержащие встроенные сило измерители, в диапазоне измерений от 10 Н до 9 MH.

Пределы допускаемой относительной погрешности рабочих средств измерений приведены в таблице 3.8.

Таблица 3.8.

Пределы допускаемой относительной погрешности.

Режим рабо- Предел измере- Предел допус ты рабочего ний рабочего каемых относи Рабочее средство из- средства из- средства изме- тельной погреш мерений мерения рений ности Переносные динамо- 0,06%, метры и датчики си- 0,12%, лоизмерительные 0,5%, 1% Испытательные ма шины, прессы, стенды и другие измеритель ные системы, содер жащие встроенные Растяжение, силоизмерители сжатие 1 МН 0,2%, 0,5% Переносные динамо- 0,24%, метры и датчики си- Растяжение, 0,5%, 1%, лоизмерительные сжатие 3МН 2% Испытывающие ма шины, прессы, стенды и другие измеритель ные системы, содер жащие встроенные Растяжение, 0,2 %, 0,5%, силоизмерители. сжатие 3 МН 1% Переносные динамо метры и датчики си лоизмерительные 0,45 %, 6% Испытательные ма- До 3 МН шины, прессы, стенды растяжение, и другие измеритель- сжатие.

ные системы, содер- Свыше 3 МН жащие встроенные сжатие силоизмерители 9 МН 2 % 4. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕРВИЧНЫЙ ЭТАЛОН ЕДИНИЦЫ ДАВЛЕНИЯ 4.1. Государственный первичный эталон единицы давления для области избыточных давлений В России эксплуатируются десятки миллионов средств измерений давления. Они применяются практически во всех отраслях промышленно сти, транспорте, науке, здравоохранении и т.д. Измерения избыточного давления необходимы в энергетической, нефте-газо-химической и ряде других отраслей, измерения разности давлений – при определении расхода и регулировании потоков жидких и газообразных веществ. Среднее абсо лютное давление измеряют в метеорологии, авиации и т.д. Наконец, низ кие абсолютные давления от 103 Па и ниже составляют область вакуум метрии. В России единство измерений в области постоянных давлений обеспечивается с помощью десятков тысяч экземпляров вторичных и ра бочих эталонов (РЭ) 0–4 разрядов, которые получают размер единицы от пяти нижеперечисленных государственных эталонов единицы давления.


Государственный первичный эталон (ГПЭ) единицы давления для об ласти постоянных избыточных давлений ГЭТ 23-79 создан на основе ком плекса грузопоршневых манометров и воспроизводит единицу давления в диапазоне 0,05–10 МПа со средним квадратическим отклонением резуль тата измерений (СКО), не превышающим 310-6, и неисключенной систе матической погрешности (НСП), не превышающей 2·10-5.

Государственный специальный эталон (ГСЭ) единицы давления для разности давлений ГЭТ 95-75, в составе которого комплекс микромано метров:

микроманометр весовой колокольный, основанный на принципе урав новешивания действия давлений на колокола, подвешенные к чашкам равноплечих весов, воспроизводит единицы давления в диапазоне 0,1– 1102 Па, СКО 0,05 Па, НСП 0,05 Па;

микроманометр компенсационный со штриховой мерой, основанный на уравновешивании действия давления столбом жидкости, с диапазоном 50–5103 Па, СКО 0,08Па, НСП 0,3 Па;

микроманометр грузопоршневой с нецилиндрическим поршнем на га зовой смазке, основанный на принципе динамического взаимодействия тела и потока воздуха, с диапазоном 103–4104 Па, СКО 0,4 Па, НСП 0,8 Па;

средство передачи размера единицы давления с диапазоном измерений 20–1,6104 Па, СКО 0,05–0,4 Па.

ГСЭ единицы давления для области средних абсолютных давлений ГЭТ 101-76, созданный на основе двух грузопоршневых манометров, вос производит единицу давления в диапазоне 0,27–130 кПа, СКО 0,3Па, НСП 2 Па.

ГСЭ единицы давления для области низких абсолютных давлений ГЭТ 49-80, созданный на основе мембранно-емкостных вакуумметров, воспроизводит единицу давления в диапазоне 10-3–103 Па, СКО 0,310-2, НСП 0,310-2.Эталон состоит из комплекса следующих СИ:

- мембранно-емкостной вакуумметр, с диапазоном измерений 10-3- Па;

- мембранно-емкостной вакуумметр "Баратрон" с диапазоном измере ний 10-3-103 Па;

- специальная аппаратура для создания и поддержания давления ГСЭ единицы давления для области высоких избыточных давлений ГЭТ 43-73, созданный на основе трех грузопоршневых манометров с изме рительным мультипликатором, воспроизводит единицу давления в диапа зоне 250–1500 МПа, СКО 410-5 Па, НСП 210-4 Па. Данный эталон на ходится во ВНИИФТРИ.

Первые четыре эталона применяются во ВНИИМ им.

Д.И.Менделеева, и передают размер единицы давления более 120 эталон ным манометрам, микроманометрам и вакуумметрам, которые входят в со став вторичных и рабочих эталонов нулевого разряда, расположенных бо лее чем в 40 государственных метрологических службах, метрологических службах юридических лиц страны и национальных метрологических цен трах стран СНГ и Балтии. В соответствии с государственными повероч ными схемами по ГОСТ 8.017-79, ГОСТ 8.187-76, ГОСТ 8.223-76 и ГОСТ 8.107-81, которые возглавляют, соответственно, эталоны ГЭТ 23-79, ГЭТ 95-75, ГЭТ 101-76 и ГЭТ 49-80 размер единицы давления в диапазоне 10-8–2,5108 Па передается десяткам миллионов рабочих средств измерений (РСИ) давлений, которые составляют более 99 % парка РСИ страны.

Ниже приведены описание ГПЭ единицы давления для области избы точных давлений ГЭТ 23-79 и эталона-копии (ЭК) ВЭТ 23-1-83.

ГПЭ единицы давления был разработан, изготовлен и исследован во ВНИИМ им. Д.И.Менделеева в 1971-1978 гг. Эталон, общий вид которого показан на рисунке 5.1, состоит из комплекса следующих средств измере ний :

грузопоршневые манометры №№ 11, 16, 25 с номинальным значением приведенной площади поршня 20 см2 ( 50,5 мм), воспроизводящие единицу давления в диапазоне 0,05–0,5 МПа, поршни и цилиндры изго товлены из нержавеющей стали 38ХМЮА;

грузопоршневые манометры №№ 5, 8, 10 с номинальным значением приведенной площади поршня 5 см2 ( 25,2 мм), воспроизводящие единицу давления в диапазоне 0,3–3,0 МПа, поршни и цилиндры изго товлены из твердого сплава ВК-6М;

грузопоршневые манометры №№ 1, 9, 13 с номинальным значением приведенной площади поршня 1,5 см2 ( 13,2 мм), воспроизводящие единицу давления в диапазоне 1–10 МПа, поршни и цилиндры изготов лены из твердого сплава ВК-10М;

набор гирь класса точности 2,0 с номинальными значениями от 0,000005 до 0,5 кг;

набор специальных грузов с номинальными значениями от 0,5 до 5 кг, определенными с погрешностью не более 10 7 ;

аппаратура для создания и поддержания гидростатического давления и передачи размера единицы давления. Состав аппаратуры: станина, пресс, устройства для установки измерительных поршневых колонок по уровню, грузоприемные тарелки, насос, лазерные устройства для кон троля за положением поршней сличаемых эталонов, соединительные трубки, вентили и т.д. Рабочая жидкость, заполняющая пресс, трубки и подпоршневое пространство – керосин.

Рис. 4.1 – Общий вид ГПЭ единицы давления ГЭТ 23- Принцип действия эталона при передаче размера единицы давления заключается в следующем. Например, при передаче размера единицы дав ления от ГПЭ эталону-копии (ЭК), предварительно уравновешивают поршни сличаемых эталонов. После этого на грузоприемные тарелки уста навливают специальные грузы, соответствующие i-ому номинальному давлению, и с помощью давления, создаваемого прессом, поднимают поршни до установленной высоты. Далее, добавляя гири разновесов, снова добиваются практически неподвижности поршней по вертикали. При этом нижние кромки грузоприемников должны находиться на установленной высоте. В этом случае поршни, как и при предварительном уравновешива нии, должны вращаться. Далее, в соответствии с нормативным документом «Правила хранения и применения эталона-копии единицы давления для области измерения избыточного давления ВЭТ 23-1-83», по формуле (4.1) рассчитывают приведенную площадь поршня ЭК А2i, при i-ом уравнове шивании A2 i A1 m M 20 2 2 t 20 t 2 i 1 21 t1 i 20 1 pнi 2i 1 i M 10 21 t10 t1 i 1 2 2 t 2 i 20 2 pнi, (4.1) m где А1 – приведенная площадь поршня ГПЭ, м2;

m2i и m1i – масса гирь и грузов и разновесов, установленных на грузоприемные тарелки ЭК и ГПЭ соответственно, кг;

2 и 1 – температурные коэффициенты линейного расширения материалов поршневой пары ЭК и ГПЭ соответственно, град-1;

2 и 1 – коэффициенты деформации поршневой пары ЭК и ГПЭ соответ ственно, Па-1;

М20 и М10 – массы подвижной части ЭК и ГПЭ соответствен но при предварительном уравновешивании, кг;

t20 и t10 – температуры поршневых пар ЭК и ГПЭ соответственно при предварительном уравно вешивании, С;

t2i и t1i – температура поршневых пар ЭК и ГПЭ соответст венно при i-том уравновешивании, С;

рнi – номинальное значение изме ряемого давления, Па.

Определение приведенной площади поршня А1 эталона ГЭТ 23- проводится путем линейных измерений диаметров поршней и цилиндров манометров эталона, выполненных в лаборатории линейных измерений ВНИИМ им. Д.И.Менделеева. СКО измерений не превышало 0,1 мкм. Из мерения проводили в 10 сечениях, равномерно распределенных по высоте рабочей части поршня. В каждом сечении измеряли три диаметра, состав ляющих между собой углы в 120 С. По результатам линейных измерений определяли для каждого поршня среднюю арифметическую приведенную площадь.

Используя выражение (5.1) и зная значения А1, масс гирь и грузов, на ходим приведенные площади А2 поршней манометров, входящих в состав эталона-копии.

Эталон-копия ВЭТ 23-1-83, разработанный, изготовленный и приме няемый во ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, представляет собой комплекс, включающий следующие средства измерений:

три грузопоршневых манометра с номинальными значениями приве денной площади поршня 20 см2, 5 см 2 и 1,5 см 2 соответственно с диапа зонами измерений 0,05–0,5 МПа, 0,3–3 МПа и 1–10 МПа;

набор гирь класса точности 2 с номинальными значениями от 0, до 0,5 кг;

набор специальных грузов с номинальными значениями от 0,5 до 5 кг;

аппаратура для создания и поддержания гидростатического давления и передачи размера единицы давления.

Принцип работы эталона-копии аналогичен ГПЭ. СКО результата по верки эталона-копии с ГПЭ не должно превышать 610-6.

В последние годы одновременно с исследованиями, направленными на подтверждение метрологических характеристик ГПЭ единицы давления и ЭК, проводились работы и по их усовершенствованию. Для автоматиче ского контроля положения равновесия сличаемых эталонных поршневых колонок были разработаны и изготовлены лазерные устройства, основны ми узлами которых являются: гелий-неоновые лазеры, фотодиодные бло ки, светоделители и т.д. Также были разработаны: устройство для автома тизированного нагружения специальными грузами;

прецизионный много канальный измеритель температуры (6 каналов, погрешность измерений в диапазоне 10–30 С составляет 0,02 С);

система термостатирования изме рительных поршневых колонок с погрешностью поддержания температу ры 0,1 С. Данная аппаратура позволила минимизировать и учитывать влияние внешних факторов на точность воспроизведения единицы давле ния эталонными грузопоршневыми манометрами. Результаты проведенных исследований и теоретических расчетов показали возможность повышения точности воспроизведения единицы давления в диапазоне 0,05–10 МПа в 1,5–2 раза, что позволяет реализовать предельные точностные возможно сти грузопоршневых манометров. Дальнейшее повышение точности огра ничивается возможностями линейных измерений внешних диаметров поршней и особенно внутренних диаметров цилиндров поршневых систем.

Метрологические параметры ГПЭ единицы давления подтверждены результатами неоднократных международных сличений, проведенных в рамках проектов СЭВ (в 80-х годах), КООМЕТ 115/RU/95, ЕВРОМЕТ (за вершены в 2001 г.), КООМЕТ 294/RU/03 (М.Р.–К1), КООМЕТ 331/LT/ (М.Р.–К2).


Размер единицы давления от эталона ГЭТ 23-79 передается согласно поверочной схеме по ГОСТ 8.017 (приложение №8) вторичным эталонам (эталону-копии и рабочим эталонам), эталонным (образцовым) средствам измерений 1–4-го разрядов и рабочим средствам измерений. Рассмотрим более подробно эти уровни поверочной схемы.

4.1.1. Вторичные эталоны 1.1. В качестве эталона-копии применяют комплекс следующих средств измерений, который приведен выше.

1.2. Средние квадратические отклонения результата поверки эталона копии с государственным первичным эталоном единицы давления не должны превышать 610-6.

1.3. Эталон-копию применяют для передачи размера единицы-давления рабочим эталонам (образцовым средствам измерений) 1-го разряда классов точности 0,01 или 0,02 методом непосредственного сличения (гидростатическим уравновешиванием).

1.4. В качестве рабочих эталонов применяют наборы из грузопоршневых манометров и отдельные грузопоршневые манометры с диапазонами измерений 0,04–0,6;

0,1–6;

2,5–25;

1,25–60 МПа и грузопоршневые ва куумметры с верхним пределом измерений до минус 100 кПа.

1.5. Средние квадратические отклонения результата поверки рабочих эта лонов не должны превышать 210-5.

1.6. Рабочие эталоны применяют для поверки эталонных (образцовых) средств измерений 1-го разряда методом непосредственного сличения (гидростатическим уравновешиванием).

4.1.2. Эталонные (образцовые) средства измерений 2.1. Эталонные (образцовые) средства измерений 1-го разряда.

2.1.1. В качестве эталонных (образцовых) средств измерений 1-го разряда применяют грузопоршневые вакуумметры с верхними пределами измерений до минус 100 кПа (до минус 735 мм рт. ст.), грузопорш невые манометры с верхними пределами измерений от 0,25 до 250 МПа (от 2,5 до 2500 кгс/см2) и деформационные измерительные преобразователи давления с верхними пределами измерений от 0,004 до 60 МПа (от 0,04 до 600 кгс/см2).

2.1.2. Классы точности эталонных (образцовых) средств измерений 1-го разряда – 0,01 и 0,02.

Пределы допускаемых основных погрешностей эталонных (образ цовых) средств измерений 1-го разряда – 0,01 и 0,02 %.

2.1.3. Эталонные (образцовые) средства измерений 1-го разряда приме няют для поверки эталонных (образцовых) грузопоршневых ваку умметров, мановакуумметров и манометров 2-го разряда, эталон ных (образцовых) деформационных вакуумметров и манометров 3 го разряда класса точности 0,15, эталонных (образцовых) деформа ционных измерительных преобразователей давления 2 и 3-го раз рядов классов точности 0,1 и 0,15 непосредственным сличением.

2.2. Эталонные (образцовые) средства измерений 2-го разряда.

2.2.1. В качестве эталонных (образцовых) средств измерений 2-го разряда применяют грузопоршневые вакуумметры с верхними пределами измерений до минус 100 кПа (до минус 735 мм рт. ст.), грузопорш невые мановакуумметры с диапазоном измерений от минус 100 до 250 кПа (от минус 1 до 2,5 кгс/см2), грузопоршневые манометры с верхними пределами измерений от 0,25 до 250 МПа (от 2,5 до 2500 кгс/см2) и деформационные измерительные преобразователи давления с верхними пределами измерений от 0,004 до 60 МПа (от 0,04 до 600 кгс/см2).

2.2.2. Классы точности эталонных (образцовых) средств измерений 2-го разряда – 0,05 и 0,06.

Пределы допускаемых основных погрешностей эталонных (образ цовых) средств измерений 2-го разряда 0,05 и 0,06 %.

2.2.3. Эталонные (образцовые) средства измерений 2-го разряда приме няют для поверки эталонных (образцовых) грузопоршневых мано метров 3-го разряда класса точности 0,2, эталонных (образцовых) деформационных вакуумметров и манометров 3-го разряда класса точности 0,25, эталонных (образцовых) измерительных преобразо вателей давления 3-го разряда классов точности 0,2 и 0,25, эталон ных (образцовых) деформационных вакуумметров и манометров 4 го разряда класса точности 0,4, рабочих деформационных вакуум метров классов точности 0,4 и 0,5, рабочих деформационных мано вакуумметров класса точности 0,5, рабочих деформационных ма нометров классов точности 0,25;

0,4;

0,5 и рабочих ртутных мано вакуумметров непосредственным сличением.

2.2.4. Соотношение пределов допускаемых основных погрешностей эта лонных (образцовых) средств измерений 1 и 2-го разрядов должно быть не более 1:2,5.

2.3. Эталонные (образцовые) средства измерений 3-го разряда 2.3.1. В качестве эталонных (образцовых) средств измерений 3-го разряда применяют деформационные вакуумметры с верхними пределами измерений до минус 100 кПа (до минус 735 мм рт. ст.), грузопорш невые манометры с верхними пределами измерений от 0,04 до 250 МПа (от 0,4 до 2500 кгс/см2), деформационные манометры с верхними пределами измерений от 0,1 до 60 МПа (от 1 до 600 кгс/см2) и измерительные преобразователи давления с верхни ми пределами измерений от 0,004 до 60 МПа (от 0,04 до 600 кгс/см2).

2.3.2. Классы точности эталонных (образцовых) средств измерений 3-го разряда – 0,1;

0,15;

0,2 и 0,25.

Пределы допускаемых основных погрешностей эталонных (образ цовых) средств измерений 3-го разряда – 0,1;

0,15;

0,2 и 0,25 %.

2.3.3. Эталонные (образцовые) средства измерений 3-го разряда приме няют для поверки эталонных (образцовых) деформационных ваку умметров и манометров 4-го разряда классов точности 0,6 и 1,0, ра бочих деформационных вакуумметров классов точности 0,6;

1,0;

1,5, рабочих деформационных мановакуумметров классов точности 0,6;

1,0 и 1,5, рабочих ртутных мановакуумметров, рабочих дефор мационных манометров классов точности 0,6;

1,0 и 1,5 и рабочих измерительных преобразователей давления классов точности 0,4;

0,5;

0,6;

1,0 и 1,5 непосредственным сличением.

2.3.4. Соотношение пределов допускаемых основных погрешностей эта лонных (образцовых) средств измерений 2 и 3-го разрядов должно быть не более 1:4.

2.4. Эталонные (образцовые) средства измерений 4-го разряда 2.4.1. В качестве эталонных (образцовых) средств измерений 4-го разряда применяют деформационные вакуумметры с верхними пределами измерений до минус 100 кПа (до минус 735 мм рт. ст.) и деформа ционные манометры с верхними пределами измерений от 0,1 до 250 МПа (от 1 до 2500 кгс/см2).

2.4.2. Классы точности эталонных (образцовых) средств измерений 4-го разряда – 0,4;

0,6 и 1,0.

Пределы допускаемых основных погрешностей эталонных (образ цовых) средств измерений 4-го разряда – 0,4;

0,6 и 1 %.

2.4.3. Эталонные (образцовые) средства измерений 4-го разряда приме няют для поверки рабочих деформационных вакуумметров классов точности 1,6;

2,5 и 4,0, рабочих деформационных мановакууммет ров классов точности 1,6;

2,5 и 4,0, рабочих деформационных ма нометров классов точности 1,6;

2,5;

4,0 и 6,0 и рабочих ртутных мановакуумметров непосредственным сличением.

2.4.4. Соотношение пределов допускаемых основных погрешностей эта лонных (образцовых) средств измерений 3 и 4-го разрядов должно быть не более 1:4.

5.1.3. Рабочие средства измерений 3.1. В качестве рабочих средств измерений применяют деформационные вакуумметры с верхними пределами измерений до минус 100 кПа (до минус 735 мм рт. ст.), деформационные мановакуумметры с диапазо ном измерений от минус 100 до 2500 кПа (от минус 1 до 25 кгс/см2), ртутные мановакуумметры с диапазоном измерений от минус 100 до 130 кПа (от минус 1 до 1,3 кгс/см2), деформационные манометры с верхними пределами измерений до 250 МПа (до 2500 кгс/см2) и изме рительные преобразователи давления с верхними пределами измере ний до 250 МПа (до 2500 кгс/см2).

3.2. Классы точности рабочих средств измерений – 0,25;

0,4;

0,5;

0,6;

1,0;

1,5;

1,6;

2,5;

4,0 и 6,0.

Пределы допускаемых абсолютных погрешностей () ртутных мано вакуумметров составляют от 2,6102 до 20102 Па (от 2 до 15 мм рт.

ст.).

3.3. Соотношение пределов допускаемых погрешностей эталонных (образ цовых) средств измерений 4-го разряда и рабочих средств измерений должно быть не более 1:4.

Государственный первичный эталон единицы давления ГЭТ 23- разработан и применяется в научно-исследовательском отделе государст венных эталонов и научных исследований в области давления ФГУП «ВНИИМ им. Д.И.Менделеева».

4.2. Государственный специальный эталон единицы Давления для области абсолютных давлений в диапазоне 1·10-3 - 1·103 Па В основу, принципа действия государственного специального эталона единицы давления для области измерений абсолютных давлений ГЭТ 49 80 положен мембранно-емкостный метод измерения. В мембранно емкостном преобразователе давление вызывает прогиб мембраны, который компенсируется электрическим воздействием, приводящим ее, в исходное положение. Так как величина этого воздействия может быть рассчитана, то метод оказывается абсолютным и упругие свойства мембраны влияют только на порог чувствительности прибора.

Уравнение измерения преобразователя компенсационного типа (МЕПК) имеет вид:

P kU 2 P где Р – измеренное давление;

U – измеряемое электрическое напряжение компенсации;

Р0 – давление в сравнительной камере пренебрежимо малое по сравнению с измеряемым;

k – расчетная постоянная преобразователя.

Rэ k 02 2d 0 R м где 0 — электрическая постоянная;

d0 – зазор между мембраной и электро дами;

Rэ, Rм – радиусы электрода и мембраны соответственно.

Постоянную k можно рассчитать двумя способами: непосредственно по геометрическим размерам преобразователя до сборки (многократные измерения d0, Rэ, Rм в 4-х сечениях) и по многократно измеренному значе нию, емкости С при помощи универсального моста Е7-10 с последующим расчетом k по формуле:

1 C k 2 0 2 R м Rэ Общий вид государственного специального эталона, который созда вался и совершенствовался в период с 1975 г. по 1989 г., представлен на рисунке 4.2. В настоящее время эталон состоит из комплекса следующих средств измерений:

мембранно-емкостного вакуумметра ИД-01 №1 с диапазоном измерений 1·10-3–1·103 Па;

мембранно-емкостного вакуумметра типа Баратрон с диапазоном изме рений 1·10-3–1·103 Па, состоящего из электронного блока СВ270S и двух измерительных преобразователей 690А и 698А;

специальной аппаратуры для создания и поддержания абсолютных дав лений.

В состав ИД-01 № 1 входит мембранно-емкостный преобразователь компенсационного типа (МЕПК) и набор из трех мембранно-емкостных преобразователей прямых измерений (МЕП1-МЕПЗ).

Рис. 4.2. Общий вид ГСЭ единицы давления ГЭТ 49- Эталон обеспечивает воспроизведение единицы давления со средним квадратическим отклонением результата измерений (S0), не превышающим 3·10-2. Неисключенная систематическая погрешность (0) не превышает 3·10-2.

Необходимость создания эталона ГЭТ 49-80 возникла в связи с широ ким развитием вакуумных измерений в стране, повышением требований к их точности, внедрением их в различные отрасли производства. К концу 70-х гг. отечественной электронной, радиотехнической и приборострои тельной промышленностью было создано более 30 новых типов термопар ных, ионизационных, магниторазрядных и других вакуумметров, а также масс-спектрометрических измерителей парциальных давлений. Общее число приборов применяемых для вакуумных измерений, превысило млн. экз., и парк продолжал пополняться все новыми приборами.

Требования к метрологическим параметрам средств вакуумных изме рений непрерывно возрастали в связи с развитием авиакосмической техни ки, автоматизацией технологических процессов в медицине и металлургии, особую проблему представляли измерения характеристик средств откачки и контроль герметичности вакуумных объектов, повышались требования к точности передачи размера единицы давления.

Изложенные обстоятельства обусловили необходимость создания но вого государственного специального эталона, обеспечивающего более вы сокую точность по отношению к утвержденному в 1973 г., а также созда ние новой поверочной схемы.

В работе по созданию эталона ГЭТ 49-80 принимали участие к.т.н.

М.А. Гуляев, к.т.н. А.В.Ерюхин, к.т.н. В.А.Рыжов и др., в том числе со трудники СКБ Аналитического приборостроения АН СССР.

Результатом многолетних теоретических и экспериментальных иссле дований стало создание и утверждение в 1981 г. государственного специ ального эталона единицы давления для области абсолютных давлений с диапазоном измерений 1·10-3–1·103 Па. Эталон получил регистрационный номер ГЭТ 49-80. Работы по совершенствованию эталона не прекраща лись, и в 2005 г. в состав ГСЭ, в качестве средства передачи размера еди ницы давления был введен мембранно-емкостный вакуумметр типа Бара трон. Это позволило обеспечивать надежную передачу размера единиц – от стационарного государственного специального эталона, стационарным рабочим эталонам 1-го разряда, тем самым обеспечивая единство измере ния в области низких абсолютных давлений (высокого, среднего и низкого вакуума).

Государственный специальный эталон ГЭТ 49-80 предназначен для воспроизведения и хранения единицы давления в диапазоне 1·10-3–1·103 Па и передачи размера единицы при помощи рабочих эталонов 1 и 2-го разря дов рабочим средствам измерений, применяемым в электронной, радио технической, приборостроительной, медицинской и химической промыш ленности, в черной и цветной металлургии, в авиации, криогенной и авиа космической технике с целью обеспечения единства измерений в стране согласно ГОСТ 8.107-81 в диапазоне 1·10-8–1·103 Па.

Государственная поверочная схема (приложение №9) построена на основании потребностей поверки существующего в настоящее время парка рабочих средств измерений в этой области – вакуумметров, которые раз личаются по назначению, характеристикам, принципу действия, структуре, виду чувствительного элемента и способу регистрации его деформации.

Поверочная схема состоит из нескольких уровней:

4.2.1. Вторичные эталоны 1.1. В качестве рабочих эталонов применяют мембранно-емкостные ваку умметры в диапазоне измерений 1·10-3–1·103 Па со специальной аппа ратурой для создания и поддержания низких абсолютных давлений.

1.2. Среднее квадратическое отклонение результата сличений рабочих эта лонов со специальным эталоном должно быть не более 0,8·10-2.

1.3. Рабочие эталоны применяют для передачи, размера единицы давления образцовым средствам измерений 1-го разряда методом прямых или косвенных измерений или непосредственным сличением.

4.2.2. Образцовые средства измерений 2.1. Образцовые средства измерений, заимствованные из других повероч ных схем.

В качестве образцовых средств измерений, заимствованных из других поверочных схем, применяют образцовые шкалы 2-го разряда по ГОСТ 8.020-75.

Образцовые средства измерений, заимствованные из других повероч ных схем, применяют при измерениях диаметров отверстий в диа фрагмах образцовых вакуумметрических редукционных установок.

2.2. Образцовые средства измерений 1-го разряда.

В качестве образцовых средств измерений 1-го разряда применяют ва куумметрические редукционные установки в диапазоне измерений 1·10-7–1·10-1 Па, наборы компрессионных вакуумметров в диапазоне измерений 1·10-3–1·103 Па, мембранно-емкостные вакуумметры в диа пазоне измерений 1·10-1–70 Па и установки в калиброванными мерами объема в диапазоне измерений 1·10-2–1·103 Па.

Пределы допускаемой относительной погрешности 0 образцовых средств измерений 1-го разряда составляют от 7·10-2 до 2·10-2.

Образцовые средства измерений 1-го разряда применяют для поверки и градуировки, образцовых 2-го разряда и рабочих средств измерений методом прямых измерений или непосредственным сличением.

2.3. Образцовые средства измерений 2-го разряда.

В качестве образцовых средств измерений 2-го разряда применяют ионизационные вакуумметры в диапазоне измерений 1·10-8–1 Па, ком прессионные вакуумметры в диапазоне измерений 1·10-3–1·103 Па и тепловые вакуумметры в диапазоне измерений 1·10-1–100 Па.

Пределы допускаемой относительной погрешности образцовых средств измерений 2-го разряда составляют от 30·10-2 до 5·10-2.

Образцовые средства измерений 2-го разряда применяют для поверки рабочих средств измерений непосредственным сличением.

4.2.3. Рабочие средства измерений 3.1. В качестве рабочих средств измерений применяют магнитные, ком прессионные, ионизационные, термопарные, деформационные и дру гие вакуумметры, измерители парциальных давлений и вакуумметры сопротивления в диапазоне измерений 1·10-8–1·103 Па.

3.2. Пределы допускаемой относительной погрешности рабочих средств измерений составляют от 100·10-2 до 5·10-2.

Трудно перечислить все отрасли промышленности и направления на учных исследований, где применяемый вакуумный процесс или оборудо вание не требовали бы контроля значений остаточного давления и регу лярных испытаний вакуумных систем на герметичность с применением то го или иного способа течеискания и соответствующей этому аппаратуры.

Это и производство электронных и полупроводниковых приборов, освети тельных ламп накаливания, термометров и вакуумных контейнеров, это технологические процессы получения чистых поверхностей, сварки, пайки и отжига в вакууме, это ионно-плазменное напыление, криосублимация биопрепаратов, дистилляция органических продуктов, контроль за отсут ствием течей в газопроводах, летательных и космических аппаратах. Осо бую важность приобретает контроль герметичности при испытаниях эко логически опасных объектов, таких как атомные подводные лодки, обо лочки контуров АЭС, химические реакторы, резервуары для химреактивов.

Уникальность эталона ГЭТ 49-80 состоит в том, что он обеспечивает воспроизведение единицы давления в той области абсолютных давлений, которая не может быть осуществлена с помощью других существующих эталонов единицы давления, причм во всем диапазоне (шесть декад дав ления) среднее квадратическое отклонение S0 и неисключенная системати ческая погрешность 0 не превышают 0,3·10-2. Высокие метрологические характеристики эталона подтверждаются его периодическими метрологи ческими исследованиями и международными сличениями с национальны ми эталонами других стран.

Утеря эталона повлечет за собой нарушение единства и достоверности измерений высокого, среднего и низкого вакуума в стране, негативные по следствия, которых трудно себе представить.

Государственный специальный эталон ГЭТ 49-80 применяется в на учно-исследовательском отделе государственных эталонов и научных ис следований в области давления ФГУП «ВНИИМ им. Д.И.Менделеева».

4.3. Государственный специальный эталон единицы давления для разности давлений Микроманометры (средства измерения давления с верхним пределом измерений до 40 кПа) широко применяются для контроля и регулирования расхода газов и жидкостей в различных отраслях промышленности и науч ных исследованиях.

Размер единицы давления микроманометрам передается от государст венного специального эталона (ГСЭ) единицы давления для разности дав лений ГЭТ 95-75. Состав эталона ГЭТ 95-75:

микроманометр весовой колокольный, обеспечивающий воспроизведе ние единицы давления в диапазоне 0,1-1102 Па со средним квадратиче ским отклонением результата измерений (СКО), не превышающим 0,05 Па, и неисключенной систематической погрешности (НСП), не превышающей 0,05 Па;

микроманометр компенсационный со штриховой мерой с диапазоном 50-5103 Па, СКО 0,08 Па;

НСП 0,3 Па;

микроманометр грузопоршневой с нецилиндрическим поршнем на га зовой смазке с диапазоном 103-4104 Па, СКО 0,4 Па;

НСП 0,8 Па;

средство передачи размера единицы давления с диапазоном измерений 20-1,6104 Па, СКО 0,05-0,4 Па.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.