.RU

6.9.4. Разрешение - Руководство по измерению давления и вакуума



6.9.4. Разрешение


Разрешение определяется как “наименьшая разница между показаниями устройства отображения, которая может быть различима без потери значимости”. Очень важно не путать разрешение собственно индикатора с разрешением системы измерения давления, в которую входит и индикатор; эта система будет иметь меньшее (худшее) разрешение, чем только один индикатор. Разрешение также не является синонимом неопределенности- если оценка неопределенности системы измерения давления была сделана правильно, то неопределенность будет содержать и составляющую, связанную с разрешением. Но, кроме связанных с разрешением, будут существовать и другие факторы, которые увеличивают неопределенность (уменьшают точность).


^ 6.9.5 Повторяемость (результатов измерений)


Повторяемость определяется как “степень совпадения результатов последовательных измерений давления, проведенных при одинаковых условиях измерения”, где условия включают в себя методику проведения измерений, наблюдателя, прибор, условия, местоположение, и короткий интервал времени. Обычно определяется количественно в терминах стандартной девиации числа показаний.


^ 6.9.6.Воспроизводимость (результатов измерений) и дрейф


Воспроизводимость определяется как “степень совпадения результатов измерений давления, проведенных при измененных условиях измерения”,где изменения могут включать методику проведения измерений, наблюдателя, прибор, условия, местоположение; и могут иметь отношение к измерениям , проводимым в течение длинного промежутка времени. Когда такой временной промежуток единственное изменение между измерениями, то значение воспроизводимости близко значению термина ‘дрейф’, определяемому как “медленное изменение метрологической характеристики измерительного прибора”.


Количественое определение воспроизводимости и дрейфа обычно включает сравнение наборов измерений до и после и выражение изменения в форме нормированной стандартной девиации. Дрейф часто выражается в терминах изменения характеристик давления в единицу времени и часто цифры подгоняются для того , чтобы соответствовать подразумевающемуся интервалу планируемой повторной калибровки.Однако, следует заметить, что интерполяция внутри или экстраполяция дрейфовых значений, вычисленных по небольшому количеству наборов данных (особенно только по двум!!) может быть метрологически слабой и привести к значительным ошибкам.


6.9.7 Нелинейность


Математическая связь между давлением ,подаваемым на датчик, и его ‘необработанным’ выходом часто не является линейной. Это может затруднять вычисление значений давления по выходным значениям сенсора, которые находятся где-то между точками предыдущей калибровки.В большинстве датчиков используется преобразование сигнала в той или иной форме с целью установления линейной зависимости между подаваемым давлением и выходом датчика. Тем не менее, некоторые приборы устроены так, что их выходной сигнал меняется логарифмически в зависимости от подаваемого давления. Такая конструкция может быть оправдана , например, в некоторых вакуумных приборах, где несколько десятков значений давления отображаются на простой аналоговой шкале.


Какое бы преобразование сигнала ни использовалось , оно будет только приближать характеристики прибора к требуемому отношению давление/выход,и, возможно, со временем изменится. Поэтому графическое изображение этой зависимости не будет абсолютно прямым (или логарифмическим). Отклонение измеренной зависимости давление/выход и прямой линией дает меру нелинейности, иногда выражаемой в форме наихудшей разности. Например, так: ‘нелинейность = 0.1% калиброванного охвата ’. Широко используются три способа определения координат прямой, с которыми сравниваются ‘действительные ’ характеристики датчика. В методе крайних точек прямая линия проходит от нижнего значения диапазона до верхнего значения диапазона; в методе на основе нуля линия проводится от нижнего значения диапазона с таким наклоном, чтобы максимальные положительная и отрицательная девиации были равны; в методе по наилучшей прямой прямая рисуется вдоль линии сглаживания по методу наименьших квадратов , при этом прямая не обязательно пересекает оба конца калибровочной кривой.

Вероятная степень нелинейности должна приниматься во внимание при обсуждении количества и расположения точек калибровки.


6.9.8. Гистерезис


Гистерезис определяется как ‘свойство измерительного прибора , проявляющееся в том, что его отклик на заданное воздействие зависит от последовательности предыдущих воздействий’. Например, калибровочные поправки ,определенные для последовательностей повышающегося давления, могут отличаться в плане оспроизводимости от поправок, определенных для последовательностей понижающегося давления. Без информации о характере изменения давления в последоваетльности входных воздействий гистерезис увеличивает составляющую неопределенности, связанную с повторяемостью.

Производители технологического оборудования могут предложить альтернативные материалы для слабых частей датчика, которые значительно влияют на гистерезис.

^ 6.9.9 Время отклика


Время отклика определяется как ‘интервал времени между моментом, когда воздействие претерпевает определенное резкое изменение, и моментом, когда отклик достигает и остается в определенных пределах вокруг его конечного установившегося значения’. Время отклика, как правило, указанное в данных изготовителя, обычно относится ко времени, которое после изменения давления необходимо прибору , чтобы отобразить значение давления в пределах его обычной неопределенности измерения. Особенно важно знать время отклика при пользовании прибором для измерения изменяющегося давления.


Заметьте, что время отклика-не то же, что временная константа. Последнее есть время, которое требуется прибору , чтобы зарегистрировать 2/3 ступенчатого изменения подаваемого давления.


^ 6.9.10 Температурный коэффициент


Температурный коэффициент прибора- это по существу изменение измеренного значения давления на единицу изменения температуры. На все приборы измерения давления и вакуума в некоторой степени влияет температура, при которой они работают, на которую в свою очередь воздействуют внутренние тепловые эффекты и многие факторы окружающей среды. Температурный коэффициент обычно выражается в форме х%/0С с ,возможно, отдельными данными, относящимися к влиянию температурных изменений на различные характеристики прибора.


^ 6.9.11 Эффекты линейного давления .


Приборы, предназначенные для измерения дифференциального давления относительно статического давления , отличного от атмосферного или вакуума, часто используются для измерения уровня давления потока или жидкости. Воздействие на измерение дифференциального давления, вызванное изменением линейного давления отсчета (или статического), известно как эффект линейного давления.


^ 6.9.12 Смещение нуля.


Вместе с настройкой охвата обычно необходима и настройка смещения нуля (или нулевого отсчета , или нуля). Фактически она подразумевает настройку показаний прибора при наименьшем отображаемом корректном значении давления. Например, приборы,работающие в режиме измерения относительного давления, должны показывать ноль при воздействии атмосферного давления.


^ 6.10 Неправильное употребление терминологии


Одной из самых трудных задач потенциального покупателя является сравнение листов спецификации изготовителей. В разделе 6.9. в глоссарии в разделе 3.4 предприняты попытки объяснения значений терминов, используемых для описания практики измерений давления, но не все производители или поставщики применяют их согласованно; и действительно, это может быть очень трудно.

Поэтому процесс сравнения конкурирующих изделий может быть очень труден, и при этом рекомендуется проявлять осторожность.


Иногда термины неправильно понимаются или неправильно употребляются ; в таблице 6-1 приведены примеры, некоторые из которых довольно таки забавны.


Таблица 6-1 Неправильно употребляемые термины и их значения


^ Неправильно употребляемые термины

Значения

точность

Цифра, улучшенная путем исключения одной или более составляющих, связанных с линейностью, гистерезисом, повторяемостью, воспроизводимостью, стандартом, в соответствии с которым выполняется калибровка или любые другие факторы (Естественно, возникает вопрос: что же такое точность, когда она включает в себя все эти моменты?)

калиброванный

Настроенный так, что показания идеальны в данный момент. (Калибровка и настройка – разные вещи, и ничто не работает ‘совершенно’)

Фундаментальныйприбор

Настолько хороший, что не нуждается в калибровке. (Фундаментальные принципы работы не исключают необходимости в калибровке или трассируемости).

Тяжелый вакуум

Давление, настолько низкое, что емкость, содержащая его должна быть сверхпрочной, чтобы предотвратить его взрыв ( Силы, действующие на емкость, содержащую ‘идеальный’ вакуум, были бы только на 0,01% больше сил, обусловленных грубым вакуумом в 10 Па)

Точнее первичного эталона

Настолько хороший, что можно не калибровать. (Нелогично! Откуда это может быть когда-либо известно?)

Первичный эталон

Принцип работы прибора является фундаментальным и поэтому он первичный (Неправильно!)

Характеристики прибора хороши для того, чтобы…

Субъективный и непросчитанный анализ неопределенности (Неубедительно)

Выход, не зависящий от давления

Сломан

Истинное давление

Давление (^ Слово ‘истинный’ ничего не добавляет )

Типичные характеристики

Данные, полученные путем игнорирования любых плохих результатов (Является ли прибор, проданный Вам, типичным?)

  1. Калибровка, трассируемость и эталоны измерений


^ 7.1 Что такое калибровка?


Как и все измерительные приборы, оборудование для измерения давления нуждается в периодической калибровке, главным образом для того, чтобы контролировать изменения в характеристиках. Формально говоря, калибровка - это “набор операций, которые при определенных условиях устанавливают связь между значениями величин, которые отображаются измерительным прибором, и соответствующими значениями, устанавливаемыми стандартами”. Поэтому сертификат калибровки обычно содержит список значений давления, определяемый эталоном давления, соответствующий список значений давления, отображаемых тестируемым прибором и список разностей между этими значениями при каждом значении давления.


Хотя формальное определение для большинства измерительных приборов работает хорошо, в некоторых случаях приходится его интерпретировать достаточно свободно. Например, калибровка устройств баланса давлений, которая скорее обеспечивает вычисление давления, чем его измерение, часто сводится к сравнению значений площади поршень/цилиндр, а не значений давления.


Иногда слово калибровка употребляется неправильно для описания процесса изменения характеристик прибора с целью для того, чтобы гарантировать верность отображаемых значений давления в пределах, установленных спецификацией. Это - настройка, а не калибровка, хотя тип и объем настройки определяются предшествующей ей калибровкой, иногда называемой ‘базовой’ калибровкой. После того, как была проведена настройка, полная методика включает в себя первую калибровку, затем настройку и затем вторую калибровку. Результаты первой калибровки также понадобятся, если необходимо оценить воспроизводимость прибора (имеется в виду изменение его характеристик через большой промежуток времени).


^ 7.2. Что такое трассируемость?


Доверие к результатам калибровки и их связь с другими измерениями давления требует, чтобы измерения были трассируемы. Формально говорят, что это “свойство результата измерения, состоящее в том, что он может быть привязан к установленным образцам ( обычно государственному или международному эталонам) через непрерывную цепь сравнений, каждое из которых имеет установленную неопределенность”. Возможно, “непрерывная цепь” достаточно очевидна, но расчет неопределенностей измерений в каждом звене цепи в равной степени важен, и при неправильном проведении может разрушить трассируемость. При таких расчетах принимается во внимание детальный анализ процедуры сравнения так же, как и характеристики используемого эталона, и компетенция лиц, проводящих работу. Простое обладание ‘трассируемым’ прибором само по себе еще не гарантирует, что измерения, выполненные с его помощью, будут трассируемыми.


^ 7.3. Все ли приборы необходимо калибровать?


Нет. На этот вопрос трудно ответить определенно, но приборы, используемые как индикаторы, где значения давления не важны, вероятно, не нужно калибровать. Большинство приборов все-таки необходимо калибровать. Однако, какими бы они ни были: простыми приборами с умеренными характеристиками, реальными системами или фундаментальными по своей природе, - только с помощью калибровки можно определить их измерительные свойства. Заметьте также, что калибровать необходимо всю измерительную систему, а не только один датчик. Это потому что, например, весьма вероятно , что задействованная электроника может изменять характеристики с той же вероятностью , что и сенсор.


^ 7.4. Как часто следует калибровать приборы?


На этот вопрос тоже ответить непросто. Но имеются два особенно важных обстоятельства, которые необходимо рассмотреть. Во-первых, калибровался ли прибор ранее по крайней мере дважды без настройки, причем одна калибровка проводилась сравнительно недавно? Если нет, имеются ли какие – то типовые тестовые данные для подобных приборов? Во-вторых, какая требуется неопределенность измерения? Если предыдущие данные показывают, что воспроизводимость прибора существенно лучше требуемой неопределенности, то, вероятно, интервал повторной калибровки может быть довольно большим – возможно, где-то до пяти лет. С другой стороны, если требуемая неопределенность почти равна воспроизводимости, то калибровать нужно гораздо чаще возможно, даже и ежедневно. Для большинства приборов интервал повторной калибровки - около года. Важно, чтобы предыдущие данные имели отношение к прибору при использовании в той же окружающей среде и для методики, подобной той, которая обычно применяется. Если не существует предыдущих данных, то ответить на этот вопрос невозможно.


^ 7.5. Какую категорию эталона необходимо использовать для проведения калибровки?


Характеристики измерительного эталона должны быть совместимы как с калибруемым инструментом, так и с действующими дополнительно системами. Нет необходимости использовать эталон, который в некотором отношении боле фундаментален, чем ‘контрольный’ прибор, но он должен работать и сам быть прокалиброван по крайней мере в исследуемом диапазоне давления и иметь в достаточной мере небольшую неопределенность. ‘Достаточно небольшую’ в смысле конкретного применения.


Ранее придерживались мнения, что точность измерительного эталона ,по которому проводится калибровка , должна быть приблизительно в десять раз лучше ожидаемой точности калибруемого прибора. Как практический метод или в качестве приближенного подсчета это было очень полезно для гарантии того, что неопределенность измерений последовательно произведенных прибором, вследствие недостатков эталона значительно не ухудшается. Это было метрологически избыточным принципом, хотя экономические доводы уменьшили этот коэффициент до четырех - тем не менее и он является достаточным.


Сегодня считают, что вне зависимости от того, что является главным в общем бюджете неопределенности после учета всех величин, влияющих на измерение , и при условии, что возможно относительно плохое значение , нет оснований считать , что эталон не должен иметь неопределенность большую, чем потенциально более низкая неопределенность калибруемого прибора. Тем не менее такая ситуация может быть приемлемой , например,если измерительный прибор ненужно высокого метрологического калибра используется для того, чтобы произвести измерения более низкого калибра.


Существует много терминов, используемых для описания иерархической связи между измерительными эталонами. Определения национального, первичного, вторичного, образцового, передаточного и рабочих эталонов можно найти в глоссарии терминов в разделе 3.4. Хотя на практике определения делятся на две четко определенные группы, с первичным и национальным эталонами в одной группе и остальными, включая местно употребляемые термины, такие как ‘основной’ эталон, в другой группе.


Первичный эталон- это эталон, “общепризнанный и определенный, как имеющий наивысшие метрологические качества, значение которого принимается без ссылки на другие стандарты этой же величины”. Национальный эталон – это эталон, “ государственным решением признанный служить в качестве основы для определения значений других эталонов….”. Поэтому первичные эталоны обычно находятся в государственных лабораториях измерений, но обратное не всегда справедливо - некоторые государственные лаборатории не имеют своих собственных первичных эталонов, а скорее приборы, которые являются трассируемыми по отношению к эталонам других стран.


Некоторые приборы, такие, как приборы баланса давления и жидкостные манометры или барометры, часто неверно считаются ‘первичными’ только потому, что их принцип работы является фундаментальным. Принципы могут быть непосредственно связаны с площадью и силой; или плотностью, гравитацией и длиной столбика, и действительно, простые приборы могут использоваться в государственных лабораториях измерений. Но если эти приборы не “обозначены как имеющие наивысшие метрологические качества…”, они не являются первичными эталонами.


Другие обозначения, такие, как вторичный, образцовый или рабочий эталоны, используются в калибровочных иерархиях; передаточные эталоны используются кака средства сравнения разных эталонов. Существует много локально используемых вариантов, таких как, основной эталон, и как показано на рисунке 7-1, некоторые иерархии имеют много уровней, а некоторые имеют только два. Структура иерархии эталонов будет зависеть от множества факторов, включая диапазон, тип и частоту измерений, которые необходимо произвести на самом низком иерархическом уровне. Заметьте, что в некоторых случаях приборы на нижнем уровне иерархии можно калибровать непосредственно по первичному эталону, не принимая во внимание все промежуточные эталоны. Однако, это имеет смысл только там, где метрологический калибр прибора достаточно высок , чтобы извлечь пользу из такого прямого пути. Заметьте также, что в некоторых калибровочных иерархиях на различных уровнях применяется оборудование, имеющее похожую конструкцию.


^ 7.6. Сколько существует способов получения трассируемых калибровок?


Фактически существует четыре способа: посредством лаборатории, аккредитованной UKAS (или по эквивалентной схеме аккредитации за рубежом), посредством неаккредитованной лаборатории, внутриведомственной калибровкой, или непосредственно из государственной лаборатории. Формально наглядно продемонстрировать трассируемость все-таки непросто, перечень оборудования, условий окружающей среды, методик, обучающего персонала и т.д. длинный, а потому самый легкий путь- использовать калибровочные услуги UKAS – аккредитованной лаборатории. Однако, независимо от того, какой путь выбран, калибровки будут обеспечивать трассируемость только в том случае, если результаты связаны с установленными образцами, обычно с государственным или международным эталонами, посредством непрерывной цепи сравнений, каждое из которых имеет установленную неопределенность.

UKAS - государственная организация Великобритании, работающая по лицензии правительства и проводящая оценку лабораторий по международно признанным критериям. Наличие логотипа NAMAS, санкционированного UKAS, на сертификате калибровки является гарантией того, что работа выполнена в соответствии с конкретной частной задачей, что лаборатория была строго оценена независимыми экспертами, что затем были проведены установленные процедуры, и что выполненные измерения являются трассируемыми по национальным эталонам. Лаборатории, аккредитованные UKAS, составляют неотъемлемую часть национальной системы измерений Великобритании.


Существует много неаккредитованных лабораторий, выполняющих калибровку, и некоторые из них предоставляют услуги с хорошей репутацией. Однако, если необходимо формально доказать трассируемость калибровки (смотрите раздел 7.12.1) , придется произвести детальную проверку оборудования, окружающей среды, методик, подготовки персонала и т.д. - процесс, требующий много времени и материальных затрат.


Третий способ - проведение внутриведомственной калибровки, но опять, если целью является формальная трассируемость, то этот процесс может быть непростым.


Четвертая возможность - калибровка прибора непосредственно с помощью национальной лаборатории - в определенных условиях может быть подходящей.


^ 7.7. Что необходимо для проведения калибровки?


Это в большой степени зависит от спектра давления и типа ‘теста’, но, как правило, в этот список входит следующее:


Окружающая среда Окружающая среда обычно должна быть устойчивой, с минимальной вибрацией, наклоном и постоянной температурой. Это облегчает процесс количественного определения характеристик прибора, хотя результаты не должны обязательно быть характерными для тех, которые могли быть получены в менее стабильной окружающей среде. После калибровки прибора в хороших ‘лабораторных’ условиях необходимо допустить возможность возникновения любых худших условий эксплуатации. Другой возможностью является калибровка прибора в более реальных условиях - возможно, большая амплитуда флуктуаций температуры, но если методика проведения не является точной и скрупулезной в этом плане, то смоделировать должным образом все воздействия плохой окружающей среды в надлежащем сочетании практически невозможно. Также маловероятно, что эталон, используемый для калибровки, сам оценивался в таких же условиях, а потому расчитанные неопределенности измерений не будут с легкостью применимы. Таким образом, более распространенной является калибровка в ‘хороших ’ условиях и применение отдельно определенных поправок, учитывающих ухудшение внешних условий эксплуатации.


^ Эталон измерения Почти любой прибор измерения давления может использоваться в качестве эталона при условии, что его характеристики соответствуют типу требуемых измерений и связанные с ним неопределенности измерений достаточно малы для данной конкретной цели. (смотрите раздел 7.5)


Подсоединение Калибровка большинства приборов проводится путем соединения их портов давления с эталоном давления посредством подходящих трубы или , возможно, коллектора , но это не всегда так.

Некоторые приборы являются приборами полного погружения, и их приходится калибровать внутри камеры давления, где давление измеряется с помощью эталона, который либо тоже находится внутри камеры, либо соединен с ней посредством трубы. Примерами таких приборов являются стационарные барометры Фортина и Кюи, при их калибровке необходимы механические соединения через стенки камеры, для того чтобы иметь возможность установить барометры, а кроме того необходимы иллюминаторы для визуального снятия показаний. Число электронных трансдьюсеров давления равно числу приборов полного погружения.


Вакуумные приборы, как правило, нельзя калибровать, подсоединив их к эталону при помощи трубы, но вместо этого в силу некоторых причин их нужно подсоединять посредством сравнительно большой камеры. Большинство вакуумных приборов не измеряют непосредественно само давление, а реагируют на плотность газа, которую можно определить, например, по тепловым свойствам или ионизации молекул газа. В этих случаях показания прибора будут зависеть не только от давления, но и от состава газа. Некоторые приборы значительно нарушают давление, температуру и однородность смеси газов, и очень важно минимизировать эти эффекты. К тому же тестируемый газ должен быть преобладающим компонентом в смеси. Для этого требуется, чтобы отношение объем/площадь поверхности было большим-отсюда и необходимость в калибровочной камере. При давлениях ниже 100 Па даже в состоянии равновесия в системе труб могут существовать значительные градиенты давления. Идеальный размер калибровочной камеры зависит от многих факторов, включая количество и типы устанавливаемых приборов, а также необходимый дипазон давлений. Камера , объем которой находится в пределах от 50 литров до 100 литров, годится для калибровок давлений около 10-4 Па, а камера с объемом около 30 литров для давлений выше 10-1 Па, но оба варианта являются грубым подходом. Размеры некоторых имеющихся в продаже систем меньше , а значит их оценки неопределенности больше.


^ Генерация и регулирование давления Существует много способов генерации требуемого номинального давления. Выбирая один из них, прежде всего, полезно выяснить, значительно ниже ли, выше или приблизительно равно атмосферному давлению значение требуемого давления. Также требуется ли регулировка-например, чтобы удерживать равновесие давления, если,возможно, наблюдаются флуктуации температур или небольшие утечки. Заметьте, что в большинстве применений калибровки важно гарантировать сохранение давления настолько стабильным, насколько это возможно.


^ Запись измерений.

Для большинства калибровочных работ измерения могут быть адекватно выполнены визуально и записаны вручную. Действительно, некоторые прибоы, такие как большинство грузопоршневых манометров, не позволяют легко осуществить автоматический съем данных. Во многих ситуациях, тем не менее, определенная степень автоматизации является существенным аспектом или для повышения эффективности , или же потому, что ручная запись данных в достаточном объеме невозможна. Во многих приборах измерения давления предусмотрены электрические выводы, которые легко могут быть подсоединены к компьютеру для автоматической или полуавтоматической записи данных. Наиболее важным моментом , тем не менее, является то, что заранее необходимо решить , какие измерения проводить и записывать.


^ Обработка результатов.

Может показаться само сабой разумеющимся, но, тем не менее, очень важно выполнять правильные вычисления. Очень легко сделать неверные допущения относительно порядка, в котором должны обрабатываться данные, использовать грубые приближения, пренебрегать составляющими, надеясь на то, что они несущественны. Это приводит к дополнительным ошибкам, ни одна из которых не будет учтена в оценках неопределенностей.


^ Надежные процедуры.

Не представляется реальным составить список для приложений, связанных с измерениями давлений, но данная конкретная процедура вероятно будет надежной , только если она разработана метрологом , имеюшим соответствующий опыт. Одна из ненадежных процедур, иногда неверно принимаемая за хорошую метрологическую методику, известна как ‘удаление плохих точек данных’, - заключается в повторении измерений до тех пор, пока все нежелательные результаты не будут заменены хорошими. Процесс, известный также как ‘полезная статистическая предвзятость’ или ‘подтасовка’, в зависимости от предполагаемого мотива.


^ Адекватно подготовленный персонал.

Как и ранее, не представляется реалистичным делать предположения относительно того, что составляет адекватную подготовку для широкого спектра калибровочных работ, относящихся к измерению давления, проводимых во многих отраслях (см. гл. 7.12.2). Хотя общей ошибкой является взгляд на методику или требования как на сами собой разумеющиеся – это привело к множеству калибровок, которые выполнялись не так, как это было нужно.


^ 7.8 Калибровки вакуумных приборов.

На рис. 7-2 изображена конструкция вакуумной камеры для калибровки приборов путем сравнения. Некоторые общие критерии приведены после параграфа ‘подсоединение’ в главе 9.4. Камера должна использоваться только для калибровки и содержаться настолько чистой, насколько возможно, предпочительно с вакуумом. Для создания в камере вакуума используются диффузные или турбомолекулярные насосы в сочетании с ротационными насосами, подходящими дроссельными клапанами и/или высоковакуумными изолирующими клапанами. Порты для монтирования приборов расположены вокруг камеры на одинаковых расстояниях от места соединения с насосом. Порты не должны располагаться на одной линии (друг против друга) , потому что электрически заряженные частицы и пары примесей могут испускаться из одного из приборов, и очень важно, чтобы они не попали в какой-либо другой прибор. Тестовые порты должны быть короткими , с трубами большого диаметра для обеспечения высокой удельной проводимости между головками приборов и камерой. Искривление труб под прямым углом дополнительно уменьшает проблемы , связанные с испусканием приборами заряженных частиц и паров примесей. Калибровочный газ поступает в камеру через узкую входную трубу , которая распределяет газ по центру верхней части камеры с целью создания равномерного градиента давления по всей системе. Кроме того, это гарантирует то, что молекулы газа будут совершатть несколько столкновений со стенками системы перед тем, как войти в головку прибора, и в результате исключается эффект так называемой “лучистости”.

Обычно в качестве калибровочного газа используется чистый азот, который в большинстве случаев подается из малого буферного объема.Следует проявлять осторожность, чтобы не допустить проникновения паров воды – перед использованием система подачи должна быть несколько раз наполнена тестовым газом, а затем освобождена от него с целью удаления составляющих воздуха, в том числе и паров воды. Следует также быть осторожным, чтобы не подать в систему избыточное давление , если газ подается из баллона.

В идеале приборы следует калибровать, используя рабочий газ, с которым они работают. Однако не всегда представляется возможным откалибровать образцовые средства измерений, используя такой специальный газ или с помощью набора его составляющих. Поэтому могут потребоваться поправки, учитывающие чувствительность к газу, которые будут увеличивать общую неопределнность калибровки.

Когда система, предназаначенная для калибровки, недоступна, калибровка, тем не менее, может быть выполнена при условии, что будут приняты во внимание полезные практические соображения, приведенные здесь.

Базовое давление в системе вакуума ограничено скоростью работы насоса, присоединенного к камере , утечками, обезгаживанием материалов, находящихся в соприкосновении с вакуумной средой, а также чистотой тестируемых приборов. Базовое давление в системе обычно должно быть по меньшей мере в 20 раз меньше минимального калибровочного даввления. Как только система достигла безопасного уровня вакуума , тестируемые приборы должны быть включены и оставлены во включенном состоянии , пока не прогреются все электронные компоненты. В идеале головки приборов будут управляться их собственными предназначенными для этого процессорами, однако при некоторых обстоятельствах нелишним может быть и специальное оборудование.

Начальная дегазация определяется главным образом поступлением в камеру молекул газа, которые абсорбируются или адсорбируются материалами, из которых изготовлена система. Дегазация уменьшает общее время создания вакуума , поскольку молекулы выкачиваются до достижения конечного уровня давления (это давление определяется рядом факторов , в частности, конечным давлением, которое может быть достигнуто в результате работы насоса, остаточными утечками, остаточной дегазацией и давлением паров системных материалов.) Время, необходимое для достижения этого давления, может быть уменьшено путем нагревания системы во время откачивания. Нагревание увеличивает скорость дегазации , поскольку молекулы удаляются быстрее. После нагрева системе следует дать возможность рестабилизитроваться до калибровочной температуры.

Период охлаждения – это удачное время для дегазации приборов ионизации с нитью накаливания. Если камера не нагрета, приборы следует дегазировать до уровня базового давления или близкого к нему. Во время дегазации приборы становятся очень горячими, поэтому следует избегать прикосновений к ним. После дегазации приборам следует дать остыть до их нормальной температуры. После того как система прийдет в состояние терморавновесия, могут выполняться различные установочные процедуры.

В некоторых типах вакуумных приборов предусмотрена настройка вакуума . В идеале эту настройку следует проводить , когда давление в приборе на несколько десятков ниже минимального давления, при котором наблюдается отклик прибора. Для образцовых средств измерений, таких как емкостные манометры, настройка вакуума выполняется перед проведением калибровочных измерений. Для приборов, подобных приборам Пирани, могут предусматриваться дополнительные настройки при атмосферном давлении, , таким образом, может понадобиться несколько итеративных циклов вакуум – атмосфера для настройки прибора. Для приборов ионизации с нитью накаливания может быть выбрана специальная настройка процессора на чувствительность, например, для того, чтобы обеспечить такое же показание, как и образцового средства измерения при определнном значении давления. Другие типы приборов, такие как приборы ионизации с холодным катодом, могут не иметь никаких выходных настроек . В каждом случае должны прилагаться инструкции производителя по настройке прибора. Базовое давление в системе , а также любые уместные заметки и соображения должны быть записаны. Затем калибровочный газ медленно подается в камеру до тех пор , пока не будет достигнуто первое калибровочное давление. Как только давления, показываемое образцовым средством измерения и калибруемым прибором, стабилизируются , их величины должны быть записаны. Данная процедура повторяется для возрастающей последовательности относительных давленией до тех пор , пока не будет перекрыт заданный диапазон калибровки. Типичная калибровка базового средства измерения будет содержать величины для трех давлений на десяток, например,

… 2*10-4 Па, 5*10-4 Па, 9* 10-4 Па, 2*10-3 Па,… .

Число точек определяется конечным применением прибора, поэтому меньшее или большее количество точек может быть уместно в определенных случаях.


^ 7.9. Пневматические калибровки в диапазоне от 10 кПа до 1 МПа


В этом диапазоне давлений эталон измерений и тестируемый прибор обычно соединяются посредством труб, как показано на рис. 7-3. Дополнительная информация, касающаяся подсоединения и необходимости иметь приборы полного погружения, приведена в главе 7.7. При калибровке приборов полного погружения квадрат вокруг слов “тестируемый прибор” на рисунке 7-3 следует истолковывать как сосуд давления, а не корпус прибора.

Давление в приборе регулируется посредством двух клапанов, которые в определенной сборке образуют процессор давления; он может включать компьютерный интерфейс и средства управления скоростью измененмя давления. Стандарт измерения может быть одним из многих типов приборов, от барометра Кюи с визуальным снятием показаний до грузопоршневых манометров и различных трансдьюсеров. При использовании трансдьюсеров эталон измерений и процессор давления могут быть объединены в одно устройство. Если ни эталон измерений, ни тестируемый инструмент или процессор не имеют индикатора давления, его обычно подсоединяют к трубе для того, чтобы иметь возможность наблюдения номинальных значений давления при его изменении.


^ Балластный объем может использоваться для достижения более стабильных давлений. Хотя он и не имеет никакого эффекта, если в качестве эталонного прибора выступает грузопоршневой манометр.


Достаточно распространены портативные калибровочные приборы, содержащие средства генерации и управления давлениями; иногда они известны как калибраторы.


^ 7.10 Калибровки на высоких давлениях


Пневматические калибровки сверх диапазона 10 кПа …1Мпамогут быть осуществлены по аналогичной методике , хотя здесь, особенно в случае гидроисследований, в качестве эталона применяются, собранные в установку, показанную на рисунке 7-4. Однако, вместо этого существуют ряд электронных приборов, которые могут быть использованы как эталоны. Обычно они считаются более легкими в применении ,чем грузопоршневые манометры, но в большинстве своем дают менеее воспроизводимые результаты. Как и в случае, некоторые трансдьюсеры лучше других, а некоторые электронные приборы такие, как резонансные типы, могут иметь воспроизводимости, сравнимые с характеристиками грузопоршневых манометров. Достаточно распространены портативные калибровочные инструменты (или калибраторы), которые используют трансдьюсеры и содержат средства генерации и управления давлениями. Некоторые приборы имеют источники питания, а также выходы для калибровки электронных датчиков.

Калибровка грузопоршневых манометров является узко специализированной задачей, которая детально описана в [16] Устройство баланса давлений. Практическое Руководство по использованию.


^ 7.11 Калибровка приборов дифференциального давления


Главная сложность в калибровке приборов дифференциального давления та, что представляют интерес два давления, а не одно. Измеряется именно разница между этими двумя давлениями. Линейное давление (также известное как статическое, нижнее или ?) обычно или близко к атмосферному, или много выше.

Когда линейное давление близко к атмосферному калибровочные процедуры в общих чертах подобны тем, которые выполняются для обычных школьных калибровок, за исключением того, что вентиляционные порты соединяются вместе и не сообщаются с атмосферой.


При более высоких линейных давлениях необходимо принять во внимание наведенные давлением толчки в оборудовании, которые могут существенно влиять на характеристики. Это лучше всего учитывается путем калибровки во всем диапазоне линейных давлений, в котором вероятно использование прибора. Эталоны измерений, разработанные специально для данного вида работ, включают двойные грузопоршневые манометры и делители дифференциального давления.

Сокращенный, но неполный метод проведения калибровки высокого линейного давления известен как метод ‘отпечатывания’. По существу он предполагает калибровку в относительном режиме измерений с использованием атмосферного давления в качестве линейного, но при этом приходится находить альтернативные способы, чтобы компенсировать влияния линейного давления, известные как ‘статическое смещение’. Отпечатывание может выполняться с помощью обычного грузопоршневого манометра или любого подходящего манометра. Изготовители обычно устанавливают устойчивость к эффектам линейного давления в терминах процентного отношения максимального значения диапазона на единицу линейного давления и смещения нулевого значения на единицу линейного давления. Тем не менее , эти значения, как правило, не считаются достаточно точными для более серъезных приложений , таких как охраняемая транспортировка (например,газа).


В наиболее распространенной методике выполняется как полная калибровка так и отпечатывание. При обслуживании легче выполнять отпечатывание, и его результаты могут быть использованы как показатель того, полная калибровку необходимо проводить ранее, чем это было запланировано.


^ 7.12 Гарантия качества измерений давления

7.12.1 Аккредитация измерений


Многие организации имеют признание или аккредитацию своих видов деятельности. Аккредитация означает, что определенные аспекты бизнеса были независимо оценены и что они удовлетворяют заданным критериям качества. Аккредитация или сертификация может, например, подразумевать соответствие общей системы управления качеством серии стандартов BS EN ISO 9000.


Тем не менее ,обобщенная аккредитация качества не может всегда заниматься деталями специализированных технических практик. По этой причине была разработана схемы аккредитаций специально для измерений. Служба аккредитации Объединенного Королевства (UKAS) управляет Национальной Аккредитацией Измерений и Стандартизации (NAMAS). Аккредитация NAMAS измерений или поверочных лабораторий гарантирует , что измерения выполнены в соответствии с высочайшими стандартами технической компетентности, являются трассируемыми по признанным национальным или международным стандартам и при этом используется признанная методика с реалистичными обоснованиями неопределенности. Положения NAMAS основаны на международных стандартах работы и аккредитации лабораторий, таких, как EN 45000 и ISO Руководство 25. Сертификаты NAMAS широко признаны и приняты во всем Объединенном Королевстве и во всем мире.


Организации, аналогичные NAMAS, существуют во многих других странах, и во многих случаях они признаны как совершенно равносильные. Формальные соглашения предусматривают взаимное признание сертификатов различных национальных систем аккредитации. Европейская кооперация для аккредитации лабораторий (EAL) –это организация, которая является основной для многостороннего признания среди национальных сиcтем аккредитации измерений в Европе .


^ 7.12.2 Компетентность измерений давления и вакуума


Что должно гарантироваться, когда говорят, что лаборатория или ее персонал технически компетентны в измерении давления и вакуума? Скажем так, что одного лишь чтения данного Руководства для компетенции еще не достаточно. Кроме этого необходимы практические навыки и опыт работы. Тем не менее, можно с уверенностью сказать, что если персонал должен считаться компетентным в области измерений давления и вакуума, то он должен быть знаком со многой, если не со всей информацией из предыдущих глав применительно к используемому оборудованию. На самом деле эксперты должны быть осведомлены в специальных областях гораздо глубже.

Настоящий документ представляет собой руководство, а не предписывающую спецификацию или аккредитационный стандарт. Тем не менее, в нем все-таки обобщается большинство из широко применяемых лучших практик по измерению давления и вакуума. Поэтому вполне обоснованно ожидать, что любая лаборатория , прошедшая UKAS или равносильную ей оценку экспертом в этой области, в целом будет следовать методикам, описанным в данном Руководстве. Конечно, это не означает, что компетентная лаборатория обязательно должна выполнять все типы измерений, которые здесь описаны. Тем более это не означает, что они должны использовать данный документ для применения соответствующих методик, приведенных здесь.

Надо заметить, что Европейская Директива по Оборудованию для Измерения Давления будет принята законодательством Объединенного Королевства и будет обязательной в 2000 году , заменив все национальные стандарты и требования безопасности, существующие в настоящее время.


^ 8 Неопределенность измерений

8.1. Введение


Неопределенность измерений определяется как “параметр, связанный с результатом измерения и характеризующий дисперсию значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине.”

Нельзя правильно интерпретировать значение измерений , если вместе с ним не указана оценка его неопределенности. Это чрезвычайно важно, поскольку для того, чтобы измерение считалось трассируемым через непрерывную цепь сравнений с эталоном, все входящие в эту цепь измерения должны иметь установленные неопределенности.

Вычисление неопределенностей, связанных с измерениями давления является задачей важной, иногда сложной и выполняемой с пониманием. Подробные рекомендации по оценке неопределенностей можно найти в таких документах, как [32] ISO Руководство по выражению неопределенностей измерений, которое опубликовано в

Объединенном Королевстве как BSI PD 6461 :1995, ^ Метрологическом Словаре , часть 3 : Руководство по выражению неопределенностей измерений. Есть также упрощенная публикация UKAS [36] M3003 Выражение неопределенности и доверительности измерений, которое согласовано с международно принятыми руководствами. При использовании данных документов, тем не менее, следует помнить, что некоторые важные моменты были выпущены из виду, поэтому параграф 3.4.8 публикации BSI содержит полезное напоминание:


Документ предоставляет “… общие подходы к оценке неопределенности, которые не могут заменить критического мышления, интеллектуальной честности и профессионального мастерства. Оценка неопределенности не является ни стандартной , ни чисто математической задачей; она зависит от детального знания физической сути режима давления и измерений. Поэтому качество и практическая полезность неопределенности, принимаемой в качестве результата измерений, в конечном итоге зависит от понимания, критического анализа и полноты составляющих величины неопределенности.


В данных документах объясняется, как вычислить общую неопределенность измерительной системы, основываясь на оценках составляющих неопределенностей, связанных с различными характеристиками системы. Для этого необходима математическая модель, описывающая связь между данными характеристиками и давлением в условиях эксплуатации прибора. Все такие модели могут быть аппроксимациями, однако, на самом деле большинство моделей происходят от экспериментальных данных, которые по своей природе содержат ошибки, а потому итоговое вычисление неопределенности не может компенсировать несовершенство модели. Поэтому существует тенденция считать оценки неопределенности довольно оптимистичными, особенно в тех случаях, когда используются упрощенные модели. Вот почему дополнительные исследования могут вызвать скорее увеличение неопределенности, чем уменьшение и это может обнаружить дополнительные эффекты, которые при учете их в модели вносят свой вклад в увеличение неопределенности. Вот откуда пришла фраза “малая неопределенность есть следствие недостатка знаний! ”.


^ 8.2. Основания для вычисления неопределенностей измерений


Нормы и рекомендации, описанные в литературе, косвенным образом предполагают , что основания для проведения расчетов неопределенности полностью справедливы и разумны, а именно ,что все математические модели и оценки будут наиболее пригодными, вне зависимости от других оснований. На самом деле, тем не менее, существуют другие основания и они не всегда совместимы с хорошей метрологией.

В литературе по продаже оборудования данные спецификации часто представляются как будто они являются результатом тщательных и непредвзятых вычислений, но следует понимать, что основная цель, преследуемая с помощью этой литературы-способствовать продаже.


Даже в правильно определенном и детализированном бюджете неопределенности, когда статистическое распределение составляющих частей хорошо известно, неопределенность в вычисленной неопределенности будет около 50 %. Она становится значительно больше, когда составляющие части становятся статистически менее надежными- это часто происходит в случае, когда мало или совсем нет статистических данных, и приходится вместо них использовать очень приблизительные подсчеты. Это очень большой процент и по существу означает, что не следует слишком обращать внимание на уменьшение или увеличение вдвое вычисленного бюджета неопределенности. Тем не менее этот момент не очень хорошо известен, и обращающиеся по данному поводу калибровочные службы обычно полагают противное, считая, что значение, скажем, 0.09 %, значительно лучше, чем 0,10 %. Метрологически разница между ними незначительна, но меньшая цифра привлекает клиентов, и поэтому некоторые поставщики калибровочных служб идут на все, чтобы показать крошечные уменьшения рекламируемых ими цифр наилучших измерительных способностей. Таким образом, существует коммерчески управляемая тенденция уменьшать оценки неопределенностей, которая имеет мало общего с практическими потребностями и настоящей метрологией. Поэтому покупателям оборудования для измерения давления и связанным с ним калибровочным службам рекомендуем свои суждения строить , не обращая внимание на малые разности в цифрах.


^ 8.3. Оценка неопределенности- принципы

Любое представление неопределенности, связанной с измерением, должно иметь две части: доверительный интервал и доверительная вероятность. Сочетание измеренного значения с доверительным интервалом устанавливает верхнюю и нижнюю доверительные границы, в пределах которых ожидается попадание ‘истинного ’ значения. Размер доверительного интервала связан как со стандартной неопределенностью измерения, так и с доверием (или ‘степенью доверия’) к тому, что ‘истинное ’ значение действительно лежит в пределах вычисленных доверительных границ. Таким образом, если стандартная неопределенность измерения остается неизменной, больший доверительный интервал увеличит степень доверия к измерению. Тем не менее, заметьте, что ‘истинное ’ значение никогда не может быть известно - смотрите точность измерений в разделе 6.9.2.


Для большинства коммерческих и промышленных целей обычно используются доверительные вероятности равные 95 % . Но международный подход к выражению неопределенностей использует коэффициент охвата, k,для того, чтобы расширить стандартную неопределенность. Обычно чаще всего используется значение k=2 , которое соответствует доверительной вероятности примерно 95,5 %. Коэффициенту k=3 соответствует доверительная вероятность приблизительно 99,7 %.


В качестве примера в сертификате калибровки значение эффективной площади грузопоршневого манометра может быть представлено в виде:


^ Эффективная площадь=80,674 2 мм2 0.001 7 мм2


С замечанием к содержанию:


Представленная неопределенность основана на стандартной неопределенности, умноженной на коэффициент охвата k=2, при уровне доверительной вероятности 95%.


4-priem-dokumentov-ot-postupayushih-pravila-priyoma-v-gosudarstvennoe-byudzhetnoe-obrazovatelnoe-uchrezhdenie-srednego.html
4-priemka-i-vvod-v-ekspluataciyu-teplovih-setej-i-teplovih-punktov-tipovaya-instrukciya-po-tehnicheskoj-ekspluatacii.html
4-prikladnoe-primenenie-nastoyashego-standarta-gosudarstvennij-standart-rf-gost-r-isomek-12207-99.html
4-prilozheniya-rekomendacii-po-organizacii-profilnogo-obucheniya-na-osnove-individualnih-uchebnih-planov-obuchayushihsya-98.html
4-primeri-proektirovaniya-shem-na-plis-uchebnoe-posobie-rekomendovano-uchebno-metodicheskim-obedineniem-vuzov-po.html
4-primernoe-pourochno-tematicheskoe-planirovanie-na-tretyu-chetvert-metodicheskij-kommentarij-k-urokam.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/vdokumente-konceptualnie-osnovi-organizacii-obrazovatelnogo-processa-s-detmi-starshego-doshkolnogo-vozrasta-5-7-let-dlya-postroeniya-neprerivnogo-soderzhaniya-stranica-7.html
  • write.bystrickaya.ru/generalnij-plan-gorodskogo-poseleniya-fgup-rosnipi-urbanistiki-stranica-3.html
  • writing.bystrickaya.ru/2-poyasnitelnaya-zapiska-3-stranica-4.html
  • paragraph.bystrickaya.ru/konkursnaya-dokumentaciya-po-obektu-sluzhebno-ekspluatacionnij-blok-uusk-na-lugineckom-ngkm.html
  • shkola.bystrickaya.ru/metodi-samokontrolya-sostoyaniya-zdorovya-i-fizicheskogo-razvitiya.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/neverbalnie-sredstva-povisheniya-delovogo-statusa.html
  • uchebnik.bystrickaya.ru/vot-ona-osobaya-voshititelnaya-magiya-ozhivshego-srednevekovya-kotoruyu-mozhno-pochuvstvovat-oshutit-no-net-takih-slov-kotorimi-mozhno-bilo-bi-ee-peredat.html
  • learn.bystrickaya.ru/generalnij-plan-gorodskogo-okruga-sovremennoe-sostoyanie-territorii-stranica-14.html
  • uchit.bystrickaya.ru/tema-podgotovka-k-napisaniyu-sochineniya-po-kartine-t-n-yablonskoj-utro.html
  • studies.bystrickaya.ru/glava-8-psihicheskie-yavleniya-i-ih-obyasnenie-tibetcami-aleksandra-david-neel-mistiki-i-magi-tibeta.html
  • pisat.bystrickaya.ru/tazhibaeva-s-bibliograficheskij-ukazatel-dekabrya-2006-g-dekabr-2007-g.html
  • shpargalka.bystrickaya.ru/vmoem-kratkom-predislovii-ya-tolko-hochu-rasskazat-chitatelyu-ob-istorii-etoj-knigi-izlagayushej-esteticheskuyu-filosofiyu-kandinskogo-o-duhovnom-v-iskusstve-stranica-2.html
  • lecture.bystrickaya.ru/azaliya.html
  • learn.bystrickaya.ru/glava-vi-menya-nazivali-bichom-bozhiim-otchet-o-nedavnih-udivitelnih-priklyucheniyah-professora-e-chellendzhera-lorda.html
  • thescience.bystrickaya.ru/knigah-dlya-detej.html
  • uchenik.bystrickaya.ru/ejnshtejn-izobreteniya-i-eksperiment-chast-2.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/trudovie-kollektivnie-spori.html
  • portfolio.bystrickaya.ru/pervij-kanal-novosti-10022011-1200-teleprogramma-novosti-pervij-kanal-10022011.html
  • universitet.bystrickaya.ru/timofej-chumikov-strategii-effektivnogo-pozicionirovaniya-korporativnih-interesov-v-seti-internet.html
  • composition.bystrickaya.ru/organ-vlasti-registriruyushij-transportnoe-sredstvo-obshestvenno-politicheskij-diskurs-administrativnoj-reformi.html
  • holiday.bystrickaya.ru/nauchno-obrazovatelnij-kompleks-po-kreditnoj-tehnologii-obucheniya-opornie-konspekti-lekcij-po-discipline-morfologiya-selskohozyajstvennih-ptic.html
  • notebook.bystrickaya.ru/izuchaemaya-programma-predprinimatelskaya-deyatelnost-v-sfere-nedvizhimosti-kod-41345.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/muzeyu-trebuetsya-ekskursovod-stranica-4.html
  • doklad.bystrickaya.ru/upravlenie-socialno-trudovimi-otnosheniyami-v-usloviyah-monoprofilnogo-goroda-specialnoct-22-00-08-sociologiya-upravleniya.html
  • books.bystrickaya.ru/enciklopediya-zagadochnogo-i-nevedomogo-stranica-12.html
  • uchebnik.bystrickaya.ru/vneshneekonomicheskoe-razvitie-izrailya.html
  • nauka.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-kompleks-disciplini-dpp-f-16-6-bazovie-i-novie-fizkulturno-sportivnie-vidi-razdel-legkaya-atletika.html
  • testyi.bystrickaya.ru/432-finansovie-vlozheniya-emitenta-ezhekvartalnijotche-t-emitenta-emissionnih-cennih-bumag-za-i-kvartal-2007-g.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/kratkij-filosofskij-slovar-stranica-5.html
  • report.bystrickaya.ru/itogo---2520-departament-kulturi.html
  • lecture.bystrickaya.ru/5-programma-prakticheskih-seminarskih-laboratornih-zanyatij-uchebno-metodicheskij-kompleks-po-discipline-opd-f.html
  • write.bystrickaya.ru/glava-28-oleg-anatolevich-platonov.html
  • knigi.bystrickaya.ru/sekciya-sociologii-programma-58-j-nauchnoj-studencheskoj-konferencii-petrozavodsk-izdatelstvo-petrgu-2006.html
  • doklad.bystrickaya.ru/vidzhnyanamajyakosha-stepanov-aleksandr-mihajlovich-bolshoj-slovar-ezotericheskih-terminov.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/programma-valeologiya-i-osnovi-medicinskih-znanij-dlya-studentov-nemedicinskih-specialnostej-saransk-2003.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.