Лабораторная работа по метрологии, НИТПУ (Вариант 3)

Введение Цель работы заключается в ознакомлении со средствами измерения давления, изучении технических и эталонных манометров, методики поверки технических деформационных манометров. Задачами лабораторной работы являются: изучение принципа действия технического деформационного манометра; изучение методики поверки технического манометра; экспериментальное определение метрологических характеристик деформационного манометра проведение поверки. Принцип действия и методика поверки деформационных манометров Деформационные манометры – один из наиболее распространенных видов средств измерения давления. В деформационных манометрах используется зависимость деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления. Пропорциональная давлению деформация преобразуется в показания или соответствующие им изменения выходного сигнала. Большинство деформационных манометров содержат упругие чувствительные элементы, осуществляющие преобразование давления в пропорциональное перемещение рабочей точки. Одним из типов упругих чувствительных элементов являются одновитковые трубчатые пружины. Такие пружины могут иметь эллиптическое или плоскоовальное сечение. Один конец пружины, в который поступает измеряемое давление, закреплен неподвижно в держателе, второй (закрытый) — может перемещаться. При этом трубка загнута под углом 270°. Под действием разности измеряемого внутреннего и внешнего атмосферного давления трубчатая пружина деформируется: пружина раскручивается и ее свободный конец совершает перемещение. Направление перемещения свободного конца трубки обусловлено увеличением малой оси сечения трубки под влиянием избыточного давления и уменьшения при воздействии разрежения. Конструкция такого манометра показана на рис. 1. Перемещение стрелки осуществляется с помощью передаточного механизма, соединенного со свободным концом чувствительного элемента [11,8]. Поверкой технических манометров называют совокупность операций, выполняемых с целью оценки их погрешностей и вариации. Перед поверкой производят внешний осмотр манометра, чтобы убедиться в отсутствии неисправностей, препятствующих применению поверяемого манометра. Стрелка манометра в рабочем положении и при отсутствии давления не должна отклоняться от нулевой отметки более чем на 0,5 деления шкалы. Технические манометры поверяют путем сравнения их показаний с показаниями приборов более высокого класса точности. Верхний предел измерения эталонного манометра должен быть на 1/3 больше верхнего предела измерения поверяемого манометра, а значение допускаемой погрешности эталонного манометра – в 4 раза меньше значения допускаемой погрешности поверяемого манометра. Количество проверяемых отметок должно составлять: для манометров классов точности 1,5 и 2,5 – не менее 5; для манометров класса точности ниже 2,5 – не менее 3 [5; 11]. Описание лабораторной установки. Лабораторная установка включает поверяемый манометр типа МП-4У и эталонный грузопоршневой манометр (ГПМ) типа МП-60. Схема поверочной установки приведена на рис. 2. ГПМ включает колонку и гидравлический винтовой пресс, конструктивно объединенные в одном корпусе. В состав ГПМ входит набор калиброванных грузов, который обеспечивает давление, равное верхнему переделу измерения. Грузовая колонка содержит полый цилиндр 1, заполненный рабочей жидкостью. Внутри цилиндра находится поршень 2 с грузоприемной тарелкой 3. Внутренняя полость цилиндра соединена каналами 4 с поверяемым прибором 5 и гидравлическим прессом 6 в цилиндре 7 и винтом 8 с рукояткой 9, при вращении которой поршень перемещается в цилиндре. Каналы 4 могут перекрываться вентилями 10 и 11. Для заполнения гидравлической системы ГПМ рабочей жидкостью предусмотрена емкость 12 с игольчатым вентилем 13. К грузопоршневому манометру можно подключить поверяемый манометр 5. При измерении давления, создаваемого гидравлическим прессом при вращении рукоятки, на грузоприемную тарелку помещают грузы 14 в таком количестве, которое обеспечивает состояние равновесия поршня грузопоршневого манометра. О достижении положения равновесия судят по совпадению рисок на стойке 15 и на ребре грузоприемной тарелки 3. Верхний предел измерения ГПМ типа МП-60 составляет 60 кгс/см2 (6 МПа), номинальное значение площади сечения поршня 0,5 см2, предел допускаемой основной относительной погрешности составляет 0,02%. Порядок выполнения работы. 1. Открыть вентиль грузопоршневой колонки 10, вентиль поверяемого манометра 11, вентиль емкости с рабочей жидкостью 13. При этом давление в гидросистеме станет равным атмосферному. 2. Для удаления воздуха из системы ввести поршень 6 в цилиндр 7 до упора вращением рукоятки 9 по часовой стрелке. 3. Заполнить гидросистему рабочей жидкостью вращением рукоятки 9 против часовой стрелки до упора. 4. Закрыть вентиль емкости с рабочей жидкостью 13. 5. На грузоприемную тарелку 3 положить грузы 14 в таком количестве, чтобы суммарное давление грузов было численно равно давлению, соответствующему проверяемой отметке р1 (значения давления грузов нанесены на их поверхность). 6. Вращая рукоятку 9 гидравлического пресса по часовой стрелке, добиться подъема поршня 2 с грузами 14 до совпадения рисок, нанесенных на стойке 15 и на ребре грузоприемной тарелки 3. 7. Значение, соответствующее суммарному давлению грузов ГПМ, занести в первый столбец протокола поверки. 8. Показания поверяемого манометра занести во второй столбец протокола поверки. 9. Повторить пп. 5-9 для значений давления р2–р6 (выполнить прямой ход). 10. Повторить пп. 5-9 для значений давления р6–р1 (выполнить обратный ход). 11. После поверки, вращая рукоятку 9 гидравлического пресса против часовой стрелки, снизить давление до нуля. 12. Открыть вентиль 13 емкости с рабочей жидкостью 12. 13. Вытеснить рабочую жидкость в емкость 12, вращая рукоятку 9 до упора по часовой стрелке [11]. Порядок обработки экспериментальных данных 1. Определить основную абсолютную погрешность прямого хода поверяемого манометра для каждой проверяемой отметки по формуле: Δп.х = Рп.х – Р0, (1) где Рп.х – показания поверяемого манометра (прямой ход), кгс/см2 (МПа); Р0 – показания грузопоршневого манометра, кгс/см2 (МПа). Для точки р1 = 2 кгс/см2: Δп.х = 2,06 – 2 = 0,06 кгс/см2. Аналогичный расчет проводим в остальных точках и заносим результат в протокол поверки. 2. Определить основную абсолютную погрешность обратного хода поверяемого манометра для каждой проверяемой отметки по формуле: Δо.х = Ро.х – Р0, (2) где Ро.х – показания поверяемого манометра (обратный ход), кгс/см2 (МПа). С учетом того, что до начала поверки зафиксировано показание манометра Р0 = 1,05 кгс/см2, рассчитаем для точки р1 = 2 кгс/см2: Δо.х = 1,05 – 0,97 = –0,08 кгс/см2. Аналогичный расчет проводим в остальных точках и заносим результат в протокол поверки. 3. Определить основную приведенную погрешность для каждой проверяемой отметки шкалы для прямого и обратного хода по формулам: (4) где РК, РН — конечное и начальное значения шкалы поверяемого манометра соответственно, кгс/см2 (МПа). Для точки р1 = 2 кгс/см2: γп.х = 0,06/(60–0) = 0,1%, γо.х = –0,08/(60–0) = –0,13%. Аналогичный расчет проводим в остальных точках и заносим результат в протокол поверки. 4. Определить вариацию показаний прибора по формуле V = | Рп.х – Рo.х | . (5) Для точки р1 = 2 кгс/см2 V = 2,06 – 0,97 = 1,09 кгс/см2. Аналогичный расчет проводим в остальных точках и заносим результат в протокол поверки. 5. Определить приведенную вариацию показаний прибора по форм (6) Для точки р1 = 2 кгс/см2: W = 1,09∙100/(60–0) = 1,82%. Аналогичный расчет проводим в остальных точках и заносим результат в протокол поверки. 6. Определить допускаемые значения основной приведенной погрешности и приведенной вариации: γДОП = WДОП = K, где К — класс точности поверяемого манометра, %. γДОП = WДОП = 1,5%. 7. Сравнить наибольшие значения основной приведенной погрешности и приведенной вариации с допускаемыми значениями, сделать вывод о пригодности поверяемого прибора к измерениям. Прибор считается годным, если выполняются неравенства: γMAX ≤ γДОП ,(7) WMAX ≤ WДОП , (8) 8. В одной системе координат построить следующие графики (рис. 3): зависимости значений давления, соответствующих проверяемым отметкам шкалы, от значений давления, соответствующих показаний ГПМ (график 1, рис. 3); зависимости значений давления, соответствующих показаниям поверяемого манометра при прямом ходе, от значений давления, соответствующих показаний ГПМ (график 2, рис. 3); зависимости значений давления, соответствующих показаниям поверяемого манометра при обратном ходе, от значений давления, соответствующих показаний ГПМ (график 3, рис. 3). Выводы Согласно правилам проведения поверки прибор считается годным, если выполняются неравенства: γMAX ≤ γДОП , WMAX ≤ WДОП . Как видно из протокола поверки, данные условия не выполняются в одном случае (WMAX>WДОП), следовательно, поверяемый манометр не годен для измерения давления. В ходе выполнения лабораторной работы: 1)Был изучен принцип действия и устройство технического деформационного манометра, предназначенных для измерения давления. 2)Была произведена поверка технического деформационного манометра типа МП3-У и установлена его не пригодность к измерению давления.