Методика поверки «Государственная система обеспечения единства измерений Преобразователи переменного давления пьезоэлектрические измерительные серий 102B, 112B, 113B, 115А, 116B» (MП 2520-090-2019)

Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева»

ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»

УТВЕРЖДАЮ

И.о. директора

ФГУП «ВНИИМ им. Д.И.Менделеева

Пронин

2019 г.

Государственная система обеспечения единства измерений

Преобразователи переменного давления пьезоэлектрические измерительные серий 102В, 112В, 113В, 115А, 116В

Методика поверки

МП 2520-090-2019

ко водителя НИЛ 2520

А.А. Козляковский

Инженер 1 категории

Н.А. Селькана

г. Санкт-Петербург 2019 г.

Настоящая методика поверки (далее МП) распространяется на преобразователи переменного давления пьезоэлектрические измерительные серий 102В, 112В, 113В, 115А, 116В (далее преобразователи), фирмы «РСВ Piezotronics Inc.», США и устанавливает методику их первичной и периодической поверок.

Поверка проводится:

• - при вводе в эксплуатацию;

• - после ремонта

• 1.1 При проведении поверки должны быть выполнены операции, указанные в таблице 1.

Таблица 1 - Операции поверки

• 2.1 Перечень средств поверки представлен в таблице 2

  Таблица 2 -	Средства поверки
  Номер пункта методики поверки	Наименование и тип основного или вспомогательного средства поверки	Обозначение нормативного документа, регламентирующего технические требования и (или) метрологические и основные технические характеристики средства поверки
  7.2	Тераомметр ПрофКип Е6-13М	Диапазон напряжений от 1 В до 1 000 В, диапазон измерения сопротивления изоляции от 10 кОм до 10 ТОм, per. № 71688-18 в ФИФ.
  7.3	Измеритель емкости Е8-4	Диапазон измерений от 1 до 10000000 пФ. пределы погрешности ± 1,5 %, per. № 3870-73 в ФИФ.
  7.4-7.10	Осциллограф цифровой TDS 1012В (далее осциллограф TDS 1012В).	Диапазон частот от 0 до 1 ГГц, диапазон напряжений от 0,1 до 100 В, ПГ±1 %, per. №32618-06 в ФИФ.
  7.5-7.10	Вторичный эталон	ГОСТ   Р 8.801-2012   ГСИ. «Государственная поверочная схема для средств измерений переменного давления в диапазоне от1-102 до 2,5’107 Па для частот от 5-Ю*1 до Ь104 Гц и длительностей от 1-Ю*5 до 10 с при постоянном давлении до 5-106 Па».

• 2.2 Средства измерений, применяемые при поверке, должны иметь действующие свидетельства о поверке.

• 2.3 Допускается применение других средств измерений и вспомогательного оборудования, удовлетворяющих требованиям настоящей методики по погрешности.

• 2.4 Рабочие диапазоны частот и амплитуд указаны в паспорте на конкретный преобразователь.

• 2.5 Методикой поверки не предусмотрена возможность проведения поверки отдельных измерительных каналов и (или) отдельных автономных блоков из состава средств измерений для меньшего числа измеряемых величин или на меньшем числе поддиапазонов измерений.

Поверка преобразователей осуществляется лицами, прошедшими специальную подготовку, аттестованными в качестве поверителей и изучившими нормативные документы (далее НД) на поверяемые средства измерений.

При проведении поверки должны быть соблюдены следующие требования безопасности:

- средства измерений, а также вспомогательное оборудование должны иметь защитное заземление;

• - сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом. Не допускается использовать в качестве заземления корпус (коробку) силовых электрических и осветительных щитов и арматуру центрального отопления;

• - персонал, осуществляющий поверку, должен иметь удостоверение на право работы с установками, имеющими напряжение до 1000 В.

При проведении поверки должны соблюдаться следующие условия:

температура окружающего воздуха, °C..........................от +18 до +25;

относительная влажность, кПа........................................от 40 до 80;

атмосферное давление, %........................................................от 96 до 106,7.

Подготовка средств измерений к поверке должна производиться в соответствии с требованиями эксплуатационной документации на них.

При проведении поверки необходимо соблюдать требования раздела «Указания мер безопасности» руководства по эксплуатации и других нормативных документов на преобразователи и средства измерений, применяемые при поверке.

Все операции поверки должны проводиться не менее чем двумя лицами, имеющими квалификационную группу по технике безопасности не ниже 3.

Все подключения и отключения к преобразователям можно производить только при отключенном напряжении питания.

Поверку может проводить специалист, имеющий высшее профессиональное образование.

• 7.1.1 При внешнем осмотре устанавливают соответствие поверяемого преобразователя требованиям комплектности технической документации и наличие свидетельства о последней поверке.

• 7.1.2 Преобразователь не должен иметь внешних повреждений корпуса и соединительных кабелей.

• 7.1.3 Преобразователь должен иметь маркировку с указанием типа и номера.

• 7.1.4 При невыполнении вышеуказанных требований преобразователь признается непригодным для проведения поверки.

• 7.2.1 При проверке сопротивления изоляции преобразователя подключают тераомметр ПрофКип Е6-13М к контактам преобразователя. Измеряют сопротивление изоляции.

• 7.2.2 Результаты поверки считают удовлетворительными, если сопротивление изоляции

соответствует значениям, приведенным в таблице 3

Таблица 3

• 7.3.1  При проверке емкости преобразователя подключают измеритель емкости цифровой Е8-4 к контактам преобразователя. Измеряют емкость.

• 7.3.2 Результаты поверки считают удовлетворительными, если емкость соответствует

значениям, приведенным в таблице 4 Таблица 4

• 7.4.1 При проведении опробования проверяют работоспособность преобразователя. Поверяемый преобразователь соединяют с входом согласующего усилителя сигналов (далее усилитель сигналов), выход которого соединяют с входом осциллографа TDS 1012В, работающего в ждущем режиме.

• 7.4.2 Устанавливают осциллограф в режим работы «Цикл».

• 7.4.3 Воздействуют на преобразователь механическими колебаниями, например, постукивая пальцем, и наблюдают появление сигнала на экране осциллографа.

• 7.4.4 Результаты поверки считаются удовлетворительными, если выполняются требования п.7.4.3 МП.

• 7.5.1 Преобразователь закрепляют на установке вторичного эталона (далее установка) в ее торце с помощью специальных элементов крепления, входящих в комплект установки.

• 7.5.2 Соединяют преобразователь с входом осциллографа TDS 1012В, работающего в ждущем режиме.

• 7.5.3 Воспроизводят импульсное давление и регистрируют отклик преобразователя на экране осциллографа.

• 7.5.4 С помощью курсоров осциллографа измеряют период Трез записанной на экране осциллографа характеристики. С помощью формулы Грез= 1/Трез определяют собственную резонансную частоту.

• 7.5.5 Операции по п.п. 7.5.3-7.5.4 повторяют не менее 3 раз.

7.5.6 Результаты поверки считают удовлетворительными, если собственная резонансная частота преобразователя, кГц, соответствует значениям, приведенным в таблице 5 Таблица 5

• 7.6.1 Действительное значение коэффициента преобразования преобразователя определяют на установке вторичного эталона (далее установка) в соответствии с руководством по эксплуатации на установку.

• 7.6.2 Преобразователь устанавливают на установке с помощью специальных элементов крепления, входящих в комплект установки. Соединяют преобразователь с входом осцилло1рафа TDS 1012В, работающего в ждущем режиме.

• 7.6.3 Воспроизводят импульсное давление значениями амплитуд из диапазона, указанного в НД на преобразователь, не менее 3 значений амплитуд (обязательно наличие верхнего и нижнего значений из диапазона амплитуд), регистрируют отклик преобразователя на экране осциллографа.

• 7.6.4 Значения для амплитуд импульсного давления Ризм1 определяют согласно п.7.10.

Для преобразователей с выходом по напряжению серий 102В, 113В

• 7.6.5 Определяют действительное значение коэффициента преобразования преобразователя, Sui, мВ/кПа, по формуле (1)

РиЗМ' • Кпу ’

где Unoe, - амплитуда напряжения на выходе поверяемого преобразователя, мВ; Ризы, - измеренное значение амплитуды давления, кПа;

Кпу - коэффициент передачи усилителя сигнала, Кпу=1.

Проводят не менее 3 измерений, после чего рассчитывают среднее арифметическое значение коэффициента преобразования по формуле (2)

= ¹⁼¹

^^Ucp           »

п

где Su_Cp- среднее арифметическое значение коэффициента преобразования

п - число измерений, п > 3

• 7.6.6 Рассчитывают относительное отклонение действительного

с _ с

£•   _ ^k,ucp ^k,un

°Su ~ Z     >

где Suh - номинальное значение коэффициента преобразования преобразователя, мВ/кПа

Для преобразователей с выходом по заряду серий

• 7.6.7 Определяют действительное значение преобразователя, Sqi, пКл/МПа, по формуле (4)

Unoe,

Sq, =------'—,

Ризм, Кпу

где Unoe_i - амплитуда напряжения на выходе преобразователя, мВ;

Pu3M_t - измеренное значение амплитуды давления, МПа;

Кпу - коэффициент передачи усилителя сигнала, мВ/пКл.

Проводят не менее 3 измерений, после чего рассчитывают среднее арифметическое значение коэффициента преобразования по формуле (5)

Sq = —--

п

где tycp- среднее арифметическое значение коэффициента преобразования;

п - число измерений. п>3.

• 7.6.8 Рассчитывают относительное отклонение действительного значения коэффициента преобразования от номинального значения, указанного в РЭ на преобразователь по формуле (6)

где Sqji - номинальное значение коэффициента преобразования преобразователя, пКл/МПа.

7.6.9 Результаты поверки считают удовлетворительными, если номинальное значение коэффициента преобразования и отклонение действительного значения коэффициента преобразования от номинального будут соответствовать значениям, приведенным в таблицах 6-10. Таблица 6

Таблица 7

Таблица 8

Таблица 9

Таблица 10

7.7 Определение неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).

7.7.1 По результатам определения собственной резонансной частоты преобразователя (п.7.5) обрабатывают импульсную характеристику преобразователя с помощью преобразования

Рисунок 1 - Кривая амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) преобразователя

• 7.7.2 Кривая АЧХ преобразователя связана с выражением (7) А —’

Г

где А - отношение амплитуд в области высоких и низких частот; f m - значение частоты резонанса, закрепленного преобразователя.

На основе выражения (7) можно определить диапазон частот преобразователя и вычислить отклонения, присущие отдельным частотам и получаемые в результате измерений значений амплитуды, от соответствующих действительных значений амплитуды исследуемых механических колебаний.

В качестве верхнего предела диапазона частот преобразователя можно использовать различные значения, связанные с определенными значениями отклонений, получаемых в результате измерений значений амплитуды от действительных значений амплитуды механических колебаний.

Предел 5 % определен частотой, на которой относительное отклонение получаемого в результате измерения значения амплитуды от действительного значения амплитуды воздействующих на преобразователь механических колебаний составляет 5 %. С не превышающей 5 % погрешностью можно измерять механические колебания с частотами, меньшими приблизительно деленного на 5 (коэффициент умножения 0,22) значения резонансной частоты закрепленного преобразователя.

• 7.7.3 На основании определения собственной резонансной частоты (п.7.5) значение неравномерности принимаем равной 5 %.

Сверху диапазон частот ограничен значением, полученным в результате умножения собственной резонансной частоты на коэффициент умножения 0,22.

Снизу диапазон частот ограничен фильтром верхних частот усилителя сигнала.

• 7.7.4 Результаты поверки считают удовлетворительными, если в диапазоне частот измеряемых давлений, значение неравномерности АЧХ 5f не превышает 5 %.

7.8.1 Результаты поверки считают удовлетворительными, если в диапазоне частот, указанных в таблице 11, значение неравномерности АЧХ будет не более 5 %.

Таблица 11

• 7.9.1 Нелинейность амплитудной характеристики (АХ) преобразователя определяют на установке вторичного эталона методом непосредственного сличения с эталонными преобразователями давления.

• 7.9.2 Нелинейность определяют не менее, чем при трех значениях амплитуды единичного скачка давления, расположенных равномерно по диапазону измеряемых преобразователем амплитуд переменных давлений (включая нижнее и верхнее значения).

• 7.9.3 Преобразователь устанавливают на установке в соответствии с руководством по эксплуатации установки. Соединяют преобразователь с входом осциллографа TDS 1012В, работающего в ждущем режиме.

• 7.9.4 Воспроизводят единичный скачок импульсного давления заданной амплитуды, соответствующей требованиям п. 7.9.2 МП, и регистрируют отклик преобразователя на экране осциллографа. Определяют коэффициент преобразования, по формуле (1) МП. Для зарядовых преобразователей - по формуле (4) МП.

При каждом эталонном значении амплитуды единичного скачка давления проводят не менее трех измерений, после чего рассчитывают среднее арифметическое значение коэффициента преобразования ''для заданного эталонного значения амплитуды единичного р

скачка давления • по формуле (2). Для зарядовых преобразователей - по формуле (5) МП.

• 7.9.5 Повторяют процедуру определения коэффициента преобразования в соответствии с требованиями п. 7.9.4.

• 7.9.6 Определяют для каждого эталонного значения амплитуды единичного скачка

Р

давления < относительное отклонение от действительного значения коэффициента преобразования преобразователя по формулам (8), (9), %

Для преобразователей с выходом по напряжению серий 102В, 113В

Для преобразователей с выходом по заряду серий 115А, 116В, ИЗВОЗ, 112В

отклонений ° принимают за нелинейность амплитудной (Ю)

7.9.8 Результаты поверки считают удовлетворительными, если в диапазоне амплитуд измеряемых давлений, значение нелинейности АХ ^а не превышает 4 %.

• 7.10.1 Диапазон амплитуд переменных давлений проверяется после определения нелинейности амплитудной характеристики преобразователя (п. 7.9).

• 7.10.2 Результаты поверки считают удовлетворительными, если в диапазоне амплитуд переменных давлений, указанных в таблицах 12-16, значение нелинейности амплитудной характеристики АХ не превышает 4 %.

Таблица 12

Таблица 13

Таблица 14

Таблица 15

Таблица 16

• 7.11.1 Основную относительную погрешность измерений 5 при доверительной вероятности 0,95 определяют по формуле:

<5=11,1^+^+^,                (11)

где      - погрешность установки при определении действительного значения

коэффициента преобразования преобразователя, £_о=3,0;

д_а - нелинейность амплитудной характеристики преобразователя, % (п.7.9);

df - неравномерность АЧХ преобразователя, % (п.7.7);

• 7.11.2 Результаты поверки считают удовлетворительными, если основная относительная погрешность измерений находится в пределах ±10 %.

• 8.1 Результаты поверки считаются положительными, если характеристики преобразователя удовлетворяют всем требованиям данной методики. В этом случае на преобразователь выдается свидетельство о поверке.

При отрицательных результатах преобразователь к применению не допускается и на него выдается извещение о непригодности с указанием причин.

Знак поверки наносится на свидетельство о поверке и (или) в Руководство по эксплуатации.