Лабораторная работа по метрологии (Вариант 8)

Лабораторная работа № 8 Поверка деформационного манометра Цель работы заключается в изучении средств измерения давления и освоении методики поверки технических манометров. Задачи лабораторной работы: •Изучение эталонных и технических средств измерения давления; •Ознакомление с методикой поверки технических манометров; •Выполнение операций поверки технических манометров и обработка результатов поверки Состав лабораторного стенда: 1 — Источник давления – гидравлический пресс Метран П-70 2 – преобразователь давления Сапфир 100 ДИ 3 — деформационный манометр МПУЗ

Теоретические сведения

Устройство и принцип действия преобразователя давления. Принцип действия преобразователя давления основан на зависимости деформации чувствительного элемента от измеряемого давления и последующего преобразования этой деформации на основе тензоэффекта в полупроводниковом материале в электирический токовый сигнал. Чувствительный элемент (6) – титановая мембрана; выходной преобразователь- пластина монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами. Тенезорезисторы включены в мостовую измерительную схему. Измеряемый параметр (давление) по каналу (5) подается в камеру измерительного блока (4), где линейно преобразуется в деформацию металлической мембраны, которая воздействует на чувствительный элемент тензопреобразователя, что, в свою очередь, вызывает изменение электрического сопротивления тензорезисторов, размещенных на поверхности тензопреобразователя и разбалансу мостовой схемы. Электронное устройство преобразователя (1) преобразует изменение сопротивления в токовый выходной сигнал. Датчик давления состоит из преобразователя давления — измерительного блока (ИБ) и электронного преобразователя (ЭП) и предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивает непрерывное преобразование значения измеряемого параметра — давления избыточного ДИ, абсолютного ДА, давления — разрежения ДИВ нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал. Каждый преобразователь имеет регулировку диапазона измерений и может быть настроен на любой верхний предел измерений, указанный для данной модели. Рис. 2. Устройство измерительного преобразователя давления 1-электронный блок; 2- гермовыводы; 3 – монокристалл сапфира, покрытый кремниевой пленкой тензопреобразователя; 4-канал; 5 –фланец; 6 -титановая мембрана (ЧЭ); 7-измерительная камера; 8-прокладка; 9-основание; 10 –корпус. Устройство и принцип действия деформационных манометров. Деформационные (пружинные) манометры получили наиболее широкое распространение для измерения давления во всех отраслях промышленности. Они обеспечивают достаточно высокую для технических целей точность измерений в широком диапазоне давлений и разрежений: от 40 кПа до 4000 МПа. Кроме того, эти манометры характеризуются портативностью, простотой конструкции и применения, а также неприхотливостью и надежностью в эксплуатации. Чувствительным элементом пружинного манометра является полая изогнутая трубка эллипсоидного или овального сечения, деформирующаяся под действием давления. Один конец трубки запаян, а второй соединен со штуцером, через который соединяется со средой, в которой измеряется давление. Закрытый конец трубки соединен с передаточным механизмом, смонтированным на стойке, который состоит из поводка, зубчатого сектора, шестеренки с осью и стрелки манометра. Для устранения мертвого хода между зубцами сектора и шестеренки служит спиральная пружина. Шкала проградуирована в единицах давления (паскаль или бар) и стрелка показывает непосредственную величину избыточного давления измеряемой среды. Механизм манометра помещен в корпус. Измеряемое давление поступает внутрь трубки, которая под действием этого давления стремится распрямиться, так как площадь наружной поверхности больше площади поверхности внутренней. Перемещение свободного конца трубки через передаточный механизм передается стрелке, которая поворачивается на определенный угол. Между измеряемым давлением и деформацией трубки существует прямолинейная зависимость и стрелка, отклоняясь относительно шкалы манометра, показывает величину давления. В эксплуатационных и лабораторных условиях поверка приборов для измерения давления сводится к следующему: 1. Поверка нулевой точки; 2. Поверка прибора в рабочей точке; 3. Полная поверка прибора. Первые два способа не являются собственно поверкой; они относятся к контролю за состоянием прибора только по одному признаку. Поверка нулевой точки заключается в наблюдении за положением стрелки прибора, отключенного от установки. Если в отключенном приборе при сообщении его с атмосферой стрелка устанавливается на нулевом штрихе, считается, что прибор не имеет повреждений. Чтобы произвести поверку прибора в рабочей точке, к работающей установке подключают контрольный прибор, точность показаний которого известна. Оба прибора сообщаются с одним и тем же давлением, определяется разность их показаний. Полная поверка прибора проводится в лабораторных условиях со снятием прибора с рабочей установки. Такая поверка дает полную информацию о состоянии прибора, и сомнений в исправности прибора, прошедшего такую поверку, быть не может. Порядок выполнения работы 1.Внешний осмотр поверяемого прибора; 2.Выполнение операций поверки. 3.Рассчитать погрешность отклонения поверяемого монометра от ИПД Сапфир. 4.Определение основной погрешности прибора; 5.Определение вариации показаний прибора; 6.Определение допускаемой погрешности прибора; 7.Заполнение протокола поверки; Внешний осмотр. Поверяемый прибор должен быть в исправном состоянии и не иметь очагов коррозии, повреждений и загрязнений корпуса, штуцера, стекла, циферблата и стрелки. Защитное покрытие деталей прибора не должно быть повреждено. Соединение корпуса с держателем должно быть прочным, не допускающим качания корпуса. Стекло и шкала не должны иметь дефектов, препятствующих правильному отсчету показаний. Стрелка должна перекрывать самые короткие деления шкалы. Приборы, забракованные при внешнем осмотре, дальнейшей поверке не подлежат. Выполнение операций поверки. При поверке используют один из двух способов: − заданное действительное давление устанавливают по эталонному прибору, а показание отсчитывают по поверяемому прибору; − стрелку поверяемого прибора устанавливают на поверяемую отметку шкалы, а действительное значение давления отсчитывают по эталонному прибору. Отсчеты показаний приборов при поверке округляют до 0,1 (допустимо 0,25 при невозможности отсчета до 0,1) цены деления шкалы. Вибрация не должна вызывать размах колебаний стрелки или пера, превышающий 0,1 цены деления шкалы. Для устранения параллакса при отсчете показаний глаз наблюдателя должен находиться на линии, проходящей через указательный конец стрелки перпендикулярно к поверхности циферблата. Если стрелка имеет ножевой указательный конец, линия, на которой находится глаз наблюдателя, должна лежать в плоскости лезвия ножа. Отсчеты показаний приборов (СТБ 8056-2015) класса точности 0,6 следует снимать не менее чем при восьми значениях давления; для класса точности 0,4 – рекомендуется отсчеты на всех оцифрованных значениях давления; классов точности 1; 1,5; 2,5; 4 – не менее чем при пяти значениях давления (включая нулевое значение при атмосферном давлении и при давлении, равном верхнему пределу измерения). Эти значения давления (поверяемые отметки) должны быть распределены равномерно в пределах всей шкалы. При поверке прибора давление плавно повышают и снимают отсчет показаний, затем прибор выдерживают в течение 5 мин под давлением, равным верхнему пределу измерений. После этого продолжают поверку прибора, плавно понижая давление, отсчитывая показания при тех же значениях. Выдерживать манометр в течение 5 мин при давлении, равном верхнему пределу измерений, необходимо для выявления упругого последействия чувствительного элемента прибора. По результатам поверки заполнить таблицу наблюдений. Таблица 1 Результаты наблюдений и расчетов Определение основной погрешности прибора: где: абс- абсолютная погрешность, определяемая как разность между показаниями поверяемого и образцового прибора; Amax и Аmin – верхний и нижний пределы шкалы поверяемого прибора. Определение приведенной вариации поверяемого прибора: Vвар= 100(Апр-Аобр,)/( Amax — Аmin)где: Апр- значение показаний при прямом ходе, Аобр- значение показаний при обратном ходе. Vвар= 100 х (1,1-1,0,)/( 2,5-0)=4% Vвар= 100 х (1,2-1,1,)/( 2,5-0)=4% Vвар= 100 х (1,3-1,2,)/( 2,5-0)=4% Vвар= 100 х (1,4-1,3)/( 2,5-0)=4% Vвар= 100 х (1,5-1,4,)/( 2,5-0)=4% Определение допускаемой погрешности прибора: Допускаемая погрешность прибора в % не требует вычислений, берется со знаком ± и определяется классом точности поверяемого прибора γдоп = ± 0,5% для всех отметок шкалы. Заполнение протокола поверки Составление заключения о годности поверяемого прибора на основании сравнения максимальной приведенной погрешности и приведенной вариации показаний с основной допускаемой погрешностью поверяемого прибора доп , определяемой классом точности прибора. Прибор не годен к эксплуатации, максимальная приведенную погрешность и вариация показаний больше основной допускаемой погрешности. Контрольные вопросы

1.Назвать системные и внесистемные единицы давления.

Системная единица давления – Па; Внесистемные единицы давления — кгс/см²; мм вод.ст.; мм рт.ст.; атм., бар

2.Чему равен 1 бар?

Бар– это внесистемная единица измерения давления, примерно равная одной атмосфере. 1 бар равен 105 Па.

3.Дать классификацию приборов и преобразователей давления по принципу действия.

По принципу действия основную группу приборов для измере­ния давлений можно подразделить на следующие: · жидкостные; · деформационные; · грузопоршневые; · электрические и др. К жидкостным относятся манометры, принцип действия которых основан на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений давлением столба жидкости. В деформационных манометрах от измеряемого давления зависит степень деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы. В грузопоршневых приборах, имеющих в большинстве случаев в качестве рабочего тела жидкость и часто называемых жидкостными, измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым массой поршня с грузоприемным устройством, и массой грузов с учетом сил жидкостного трения. Электрические манометры делятся на две группы: 1) основаны на свойстве некоторых материалов изменять свои электрические параметры под действием давления; 2) основаны на преобразовании механического воздействия измеряемой величины в электрический параметр при помощи соответствующих преобразователей. 4.Записать уравнение измерения для трубчатого деформационного манометра.

5.Перечислить операции поверки манометра.

— Внешний осмотр — Установка стрелки на нулевую отметку шкалы — Проверка положения стрелки у нулевой отметки шкалы — Определение основной погрешности и вариации

6Какие приборы давления имеют встроенный индикатор горизонтали и почему?

Жидкостные манометры.

7.Назначение грузопоршневого манометра.

Грузопоршневые манометры – это стабильные приборы, позволяющие с высокой точностью определять давление газа или жидкости. Грузопоршневой манометр применяют преимущественно для калибровки/поверки измерений рабочего статического, абсолютного или избыточного давления (как положительного, так и отрицательного), а также разности давлений.