Электронный секундомер

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Актуальность электронных секундомеров заключается в том, что это неотъемлемая вещь в быту, технике, спорте и т. д.

Средства измерений, подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору, подвергаются поверке органами Государственной метрологической службы при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту и эксплуатации.

Допускается продажа и выдача напрокат только поверенных средств измерений. Перечни групп средств измерений, подлежащих поверке, утверждаются Госстандартом.

По решению Госстандарта право поверки средств измерений может быть предоставлено аккредитованным метрологическим службам юридических лиц. Деятельность этих метрологических служб осуществляется в соответствии с действующим законодательством и нормативными документами по обеспечению единства измерений.

Поверочная деятельность, осуществляемая аккредитованными метрологическими службами юридических лиц, контролируется органами Государственной метрологической службы по месту расположения этих юридических лиц.

Поверка средств измерений осуществляется физическим лицом, аттестованным в качестве доверителя органом Государственной метрологической службы.

Ответственность за ненадлежащее выполнение поверочных работ и несоблюдение требований соответствующих нормативных документов несет соответствующий орган Государственной метрологической службы или юридическое лицо, метрологической службой которого выполнены поверочные работы.

В сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора юридические и физические лица, выпускающие средства измерения из производства или ремонта, ввозящие средства измерений и использующие их в целях эксплуатации, проката или продажи, обязаны своевременно представлять средства измерений на поверку.

Порядок представления средств измерений на поверку устанавливается Госстандартом. Положительные результаты поверки средств измерений удостоверяются клеймом или свидетельством о поверке. Форма клейма и свидетельства о поверке, порядок нанесения клейма устанавливаются Госстандартом.

При выполнении поверочных работы на территории отдельного региона с выездом на место эксплуатации средств измерений орган исполнительной власти этого региона обязан оказывать содействие, в том числе:

- предоставлять им соответствующие помещения;

- обеспечивать их вспомогательным персоналом и транспортом;

- извещать всех владельцев и пользователей средств измерений о времени поверки.

Цель курсовой работы: провести анализ прибора, соответствие государственным стандартам и поверку электрического секундомера ПВ 53.

Объект работы: электрический секундомер ПВ 53.

Предмет курсовой работы: поверка электрического секундомера ПВ-53.

В связи с целью работы, были поставлены следующие задачи:

- рассмотреть характеристику секундомера ПВ-53;

- рассмотреть методику поверки электрических секундомеров;

- провести поверку электрического секундомера ПВ-53, на соответствие техническим характеристикам.



1. Теоретический анализ электрического секундомера

1.1 История возникновения и развития секундомера

Часы известны человеку издавна. Сначала их роль играло солнце, потом вода, песок, даже огонь. Но ни о какой точности таких измерений говорить не приходилось. Такие измерения давали погрешность от нескольких минут до получаса. Ситуация несколько исправляется с появлением механических часов. Сначала появилась возможность узнавать время с точностью до минуты, с появлением секундной стрелки - до секунды. Но все равно таким часам было далеко до настоящего секундомера. Их, к примеру, нельзя было остановить и запустить в произвольный момент. И точность измерений была далека от идеала. Упоминания о первых «настоящих» секундомерах появляются в конце 17 начале 18 веков. На сколько можно судить, это были практически такие же приборы, что использовались до середины XX века, то есть механические секундомеры. С началом активного развития электроники появляются электронные секундомеры.

Часовые механизмы, предназначенные для измерения времени в минутах, секундах и долях секунд, называют секундомерами. Секундомеры имеют устройства, позволяющие фиксировать начало и окончание измеряемого промежутка времени.

Точность отсчета зависит от периода колебаний. Обычно цена деления секундной шкалы равна полупериоду колебания баланса. Иногда для специальных целей применяют секундомеры с ценой деления шкалы в 0,01 мин. Чем меньше период, тем точнее отсчет. Секундомеры бывают с различными периодами колебания, при этом наибольшее распространение имеют секундомеры с периодом колебания:

- 0,4;

- 0,2;

- 0,Г;

- 0,04;

- 0,02 с.

Секундомеры с периодами колебания баланса менее 0,2 с называют хроноскопами. Различают два основных типа секундомеров: механические и электромеханические.

Все механические секундомеры разделяют на две основные группы: с прерываемой и непрерываемой работой часового механизма.

Секундомеры первой группы представляют собой специальные приборы, предназначенные для измерения только коротких промежутков времени. В них механизм работает только во время измерения времени. Секундомеры второй группы обычно встречаются в одном механизме с часами, предназначенными для измерения текущего времени. Секундомеры первой группы бывают только карманного типа и отличаются большими габаритами, простой конструкцией и надежностью работы. Имеется возможность (в зависимости от периода колебания и диаметра шкалы) производить точный отсчет измеряемого промежутка времени.

Секундомеры второй группы бывают карманными и наручными. Встречаются секундомеры этой группы в специальных часах.

По количеству секундомерных стрелок секундомеры и хроноскопы бывают одно- и двух стрелочными.

В зависимости от конструкции механизма одно стрелочные секундомеры могут быть суммирующими. Согласно ГОСТ 5072-67 приняты следующие условные обозначения секундомеров и хроноскопов:

- C-I - одно стрелочный секундомер;

- C-II - двух стрелочный секундомер;

- XP-I - одно стрелочный хроноскоп;

- XP-II - двух стрелочный хроноскоп.

Обычно секундомеры и хроноскопы имеют по две шкалы для отсчета секунд и минут.

Бывают секундомеры, предназначенные для специальных целей, в которых имеются дополнительные шкалы для измерения каких-либо физических величин (расстояния, скорости и др.).

Электромеханические секундомеры бывают двух видов:

- у первых управление их работой осуществляется от электромеханического устройства, в основном это те же механические секундомеры;

- у вторых стрелочный механизм приводится во вращение от синхронного мотора. В этих секундомерах отсутствует часовой механизм и точность измерения времени зависит от постоянства скорости вращения вала синхронного мотора. Точность измерения времени этой группы секундомеров невелика, поэтому их применяют для неответственных работ.

1.2 Понятие и виды секундомеров

Секундомер - прибор, способный измерять интервалы времени с точностью до долей секунды. Обычно используются секундомеры с точностью измерения в сотую долю секунды. Но с появлением современных технологий появилась возможность измерять время гораздо более точно - до десятитысячных долей и еще точнее.

Секундомеры служат для точного измерения определённых промежутков (интервалов) времени.

Разновидностью секундомеров являются скоростные секундомеры - хроноскопы, предназначенные для измерения весьма малых промежутков времени. Имеют часовой и дополнительный механизм для управления стрелками, позволяющий пустить стрелки, остановить их, возвратить в исходное положение и вновь пустить. Эти операции осуществляют последовательным нажатием на заводную головку или кнопки управления. В некоторых конструкциях секундомеров остановка механизма осуществляется отключением стрелок от основной колесной системы часового механизма, а пуск - подключением. Возврат стрелок в нулевое положение производится ударом специальных молоточков, приводимых в действие при нажатии на заводную головку или кнопку, по кулачкам (сердечкам), жёстко соединённым со стрелками. Кулачковый механизм рассчитан таким образом, что, будучи приведенным в действие, ставит стрелки в нулевое положение.

1. Секундомеры малых габаритов (механический и электронный):

- секундомер карманный;

- секундомер наручный.

2. Секундомеры крупных габаритов (электрический, электронно-механический и электронный):

- секундомер настольный;

- секундомер щитовой.

Таблица 1.1 - Виды секундомеров:

Тип секундомера	Класс точности	Калибр механизма* мм
СОПпр - секундомер одно стрелочный, простого действия механизма управления стрелок, с прерываемой работой часового механизма.	3	42
СОСпр - секундомер одно стрелочный, суммирующего действия механизма управления стрелок, с прерываемой работой часового механизма.	1,2	42-54
СДПНпр - секундомер двух стрел очный, простого действия механизма управления стрелок с непрерываемой работой часового механизма.	1	42-54

Механический секундомер состоит из устройства, используемого для отчета времени и специфического устройства пуска, остановки и возврата стрелок с помощью нажатия заводной головки и кнопки управления. Обычно работа этих устройств осуществляется при помощи одной кнопки: при первом нажатии секундомер включается, при втором нажатии - выключается, а при третьем нажатии стрелки - приходит в начальное положение. Завод секундомера производится в результате вращения этой же головки. От одного завода механические секундомеры могут работать около 18 часов. Электрический секундомер имеет синхронный электродвигатель, который питается посторонним источником переменного тока. Электронно-механический и электронный секундомер имеет кварцевый генератор, который питается встроенным источником постоянного тока. Кварцевый крупногабаритный секундомер состоит из цифровой индикации и клавишной системы управления.

По способу применения секундомеры бывают:

1. секундомер бытовой (обычный);

2. секундомер учебный;

3. секундомер профессиональный.

Применение:

Секундомеры имеют широкое применение в различных областях жизнедеятельности человека. В быту применяются секундомеры бытовые: в составе различной бытовой техники, в стиральной машине и др. Многие хозяйки стараются купить секундомер, чтобы использовать его на кухне для определения окончания приготовления пищи. Учебные - применяются в лабораториях учебных заведений.

Секундомеры профессиональные применяются в спортивных соревнованиях, в научных исследованиях, в хронометражах, в военных испытаниях, на предприятиях. А в советское время этот прибор служил вместо радара, по которому определяли скорость движения автомобиля.

По функциональному признаку и количеству стрелок секундомеры и хроноскопы подразделяются на четыре типа: одно стрелочные простого действия, одно стрелочные суммирующего действия, двух стрелочные простого действия, двух стрелочные суммирующего действия.

Одно стрелочные секундомеры простого действия. Стрелку такого секундомера можно пустить, остановить и вернуть к нулю.

Одно стрелочные секундомеры суммирующего действия. В отличие от предыдущего стрелку такого секундомера можно остановить и, не возвращая к нулю, пустить вновь. Такой секундомер позволяет суммировать промежутки времени.

Двух стрелочные секундомеры простого действия. Имеют две стрелки: основную и догоняющую. Обе стрелки действуют как секундная стрелка одно стрелочного секундомера простого действия. Кроме того, вторую секундную стрелку можно остановить независимо от первой, а при новом нажатии на кнопку вновь пустить. Пользуясь таким секундомером, можно определять общее время какого-либо процесса и одновременно регистрировать продолжительность его отдельных этапов.

Двух стрелочные секундомеры суммирующего действия. Первая стрелка такого секундомера может выполнять суммирование промежутков времени.

По продолжительности оборота секундной стрелки секундомеры подразделяются на: 60-секундные, 30-секундные, 15-секундные, а хроноскопы на: 6-секундные, 3-секундные, 2-секундные и 1-секундные.

Шкалы секундомеров имеют деление, как у обычных часов (на 60 частей), или десятичное, с делением на сто частей.

Для регулировки точности хода секундомеры, как и часы, имеют специальный регулятор со шкалой (градусник), который позволяет вносить поправки: за 6 часов - не менее чем на 45 секунд, за 12 часов - не менее 11/2 минут.

Хроноскопы позволяют со значительно большей точностью, чем обычные секундомеры, измерять короткие промежутки времени. При этом при измерении промежутка времени в несколько секунд погрешность составляет не более 0,01-0,02 сек.

По ГОСТ-5072-54 в зависимости от точности хода секундомеры подразделяются на три класса. Секундомеры подразделяются на карманные, наручные и настольные. Карманные секундомеры получили наибольшее распространение. Они имеют форму утолщённых карманных часов, диаметром от 40 до 70 мм. Наручные секундомеры имеют диаметр около 30-40 мм и снабжены ремешком для ношения на руке. Настольные секундомеры используются обычно в лабораторных условиях. В зависимости от назначения их габариты различны и приближаются к габаритам больших настольных часов. Характеристика наиболее распространенных секундомеров приведена ниже.

Секундомеры типа СМ-60 - одно стрелочный 60-секундный простого действия III класса точности, на 11 рубиновых камнях, со шкалой. Имеет боковой счётчик ёмкостью 30 минут. Диаметр механизма 43 мм., продолжительность действия от одного полного завода пружины не менее 12 часов. Может использоваться при простейшем, не требующем высокой точности, хронометраже.

Секундомеры типа 1-СО - одно стрелочный -30-секундный секундомер суммирующего действия III класса точности, на 15 рубиновых камнях, со шкалой. Имеет центральный счётчик ёмкостью 30 минут. Стрелки управляются нажатием на заводную головку и кнопку управления. Диаметр механизма 54 мм. Продолжительность действия не менее 6 часов. Надёжен в действии, по точности превышает требования, предъявляемые к секундомерам III класса. Может использоваться при официальном хронометраже.

Секундомеры типа 51-СД - двух стрелочный 30-секундный секундомер суммирующего действия 1 класса точности, на 22 рубиновых камнях, со шкалой. Имеет центральный счётчик ёмкостью 30 минут. Стрелки управляются нажатием на заводную головку и кнопку управления. Диаметр механизма 54 мм. Продолжительность действия не менее 6 часов. Обладает высокой степенью точности. Может применяться при сложном и ответственном хронометраже, требующем высокой степени точности.

Xроноскоп ХР-б - одно стрелочный 6-секундный хроноскоп простого действия, на 11 рубиновых камнях. Выпускался на базе секундомера СМ-60.

Хроноскоп 2 ХР-1 - одно стрелочный хроноскоп суммирующего действия, на 17 рубиновых камнях, с ценой наименьшего деления 0,01 секунд. Имеет центральный счётчик ёмкостью 60 секунд. Стрелки управляются нажатием на заводную головку. Диаметр механизма 54 мм; продолжительность действия не менее 10 минут. Применяется при измерении весьма коротких промежутков времени с точностью до сотых долей секунды.

Требования к качеству. Секундомеры должны действовать в любом положении при температуре внешней среды от +40 до -30°. Крепление механизма в корпусе должно быть прочным. Пружина должна заводиться плавно. Показания минутной и секундной стрелок должны быть строго согласованы. На циферблате секундомера наносилась марка завода-изготовителя. На платине механизма наносились: порядковый номер секундомера, дата изготовления (год и квартал), количество камней в механизме и вместе с паспортом и инструкцией к пользованию. Футляры с секундомерами по 10 штук укладывались в картонные коробки.

Хранить секундомеры следовало в сухом и отапливаемом помещении с температурой от 10 до 35° и относительной влажностью не более 80%. Не допускалось хранение секундомеров в одном помещении с веществами, могущими вызвать коррозию.

Модели и конструкции.

Механические секундомеры.

Простейшие в управлении однокнопочные секундомеры, многим знакомые со школьных времён, СОПРпр-2а и СОПпр-1в Златоустовского часового завода имеют одну кнопку управления. Первое нажатие на кнопку включает секундомер. Второе нажатие на кнопку останавливает секундомер. Третье нажатие на кнопку устанавливает стрелки секундомера в начальное нулевое положение. Вращение этой же кнопки заводит пружину секундомера.

Электронные секундомеры.

Электронный секундомер для спорта.

Применение.

В научных лабораториях.

В заводских лабораториях.

В учебных лабораториях ВУЗов, техникумов и школ.

В спорте.

В военном деле (определение времени хода торпеды, определение момента поражения торпедой цели).

В первую очередь секундомеры используются в спорте для точного измерения отрезка времени, потребовавшегося спортсмену для проведения некого упражнения, например в спринте или плавании.

В быту (на кухне, для определения времени готовки пищи).

Еще одно интересное применение секундомер находил в 60-х годах. За неимением современного радара работник ГИБДД с помощью секундомера замерял время прохождения автомобиля между двумя столбами и по нему вычислял скорость автомобиля.

1.3 Описание электрического секундомера ПВ-53

Рисунок 1.1 - Электрический секундомер ПВ-53:

Назначение:

Секундомер предназначен для измерения времени срабатывания и отпускания реле и других контактных устройств.

Условия эксплуатации:

- диапазон температуры окружающего воздуха:

- от -20 гр. С до +50 гр. С - ПВ-53Щ и ПВ-53Л;

- от -10 гр.С до +55 гр.С - ПВ-53ЩТ и ПВ-53ЛТ;

- от -50 гр.С до +50 гр.С - ПВ-53.

Относительная влажность воздуха:

- до 80% - ПВ-53Щ и ПВ-53 Л;

- до 95% - ПВ-53ЩТ и ПВ-53ЛТ;

- до 98% - ПВ-53 при температуре +35 гр.С без конденсации влаги. напряжение питания:

- ПВ-53Щ, ПВ-53ЩТ, ПВ-53Л, ПВ-53ЛТ - 110 В +/-20% и 220 В+/-20%;

- ПВ-53 - 36 В +/-20%, 110 В +/-20%, 220 В +/-20%.

Частота питающей сети 50 Гц. Рабочее положение:

- ПВ-53Щ, ПВ-53ЩТ, ПВ-53 - вертикальное (допускаемое отклонение от рабочего положения 15 гр. в любую сторону);

- ПВ-53Л, ПВ-53ЛТ - горизонтальное.

Потребляемая мощность:

- при 36 В - 2 Вт;

- при 110 В - 5 Вт;

- при 220 В - 10 Вт.

Цена деления:

- 0,01с. диапазон измерения;

- от 1с до 10 с.

Предел допускаемой погрешности в рабочих условиях должна соответствовать при температуре от -20 гр.С до +50 гр.С:

- +/-0,03 c при измерении времени от 1 до 3 с.;

- +/-0,05 c при измерении времени от 3 до 10 с.;

- при температуре от -20 гр.С до -50 гр.С:

- +/-0,05 c при измерении времени от 1 до 3 с.; +/-0,07 c.;

- при измерении времени от 3 до 10 с.

Масса секундомера - 1,0 кг. Исполнение секундомеров:

- ПВ-53Щ, ПВ-53ЩТ, ПВ-53 - щитовое;

- ПВ-53Л, ПВ-53ЛТ - настольное.

Устанавливаемая наработка на отказ:

- ПВ-53Щ, ПВ-53ЩТ, ПВ-53Л, ПВ-53ЛТ - 1000 ч. ПВ-53 - 1670 ч.

1.4 Используемые в работе стандарты

При исследовании семейства электрических секундомеров и проведении поверки электрического секундомера ПВ-53 использовались такие государственные стандарты, как:

- ГОСТ 8.129-99. «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты». Данный стандарт распространяется на государственную поверочную схему для средств измерений времени и частоты и устанавливает порядок передачи размеров единиц времени, частоты и шкал времени от государственного первичного эталона Российской Федерации при помощи национальных, вторичных и рабочих эталонов рабочим средствам измерений с указанием погрешности и основных методов передачи размера единиц и шкал.

- ГОСТ 8.286-78 «Государственная система обеспечения единства измерений. Секундомеры электрические. Методы и средства поверки». Данный стандарт распространяется на электрические секундомеры (ЭС) с пределами измерений до 10 с, до 10 мин, до 20 мин и устанавливает методы и средства их первичной и периодической поверок.

В ходе изучения электрических секундомеров были рассмотрены все их виды, а именно секундомеры малых габаритов и их разновидности, секундомеры крупных габаритов и их разновидности. Было изучено их устройство, назначение и применение. Также была отдельно рассмотрена разновидность электрических секундомеров ПВ-53. Было описано содержание и область применения стандартов, таких как ГОСТ 8.286-78, ГОСТ 8.129-99, ГОСТ Р ИСО 5479-2002, ГОСТ 5072-54, применяемых в ходе работы. В дальнейшем будет рассмотрена поверка электрических секундомеров.



2. Анализ методики поверки электрического секундомера

2.1 Операции поверки и средства поверки

Проведение поверки электрического секундомера осуществляется согласно ГОСТ 8.286-78.

При проведении первичной и периодической поверки должны выполняться операции, указанные в таблице 2.1.

В зависимости от конструкции, назначения, технических возможностей и экономической целесообразности определяются метрологические характеристики, подлежащие контролю, и способ поверки. В ходе поверки устанавливают состояние и комплектность технической документации, в состав которой входят:

- техническая документация по ГОСТ 2.601-78;

- свидетельство о последней поверке;

- электрическая схема соединений элементов;

- перечни и значения метрологических характеристик;

- методики измерения и расчета метрологических характеристик;

- свидетельство по результатам метрологической аттестации.

При получении отрицательных результатов при выполнении любой из операции поверка прекращается и секундомер бракуется.

Таблица 2.1 - Операции первичной поверки:

Наименование операций	Номер пункта методики поверки	Проведение операций при
		первичной поверке	периодической поверке
Внешний осмотр и проверка комплектности	5.1	+	+
Определение абсолютной погрешности измерения в режиме пуска и останова секундомера по двум различным цепям изменением состояния электрических контактов	5.2	+	+
Определение абсолютной погрешности измерения в режиме пуска и останова секундомера по двум различным цепям фронтом электрического напряжения	5.3	+	+
Определение абсолютной погрешности измерения в режиме измерения длительности импульса	5.4	+	+

При проведении поверки должны применяться средства поверки, указанные в таблице 2.2. Допускается использование других средств измерений, обеспечивающие измерение значений соответствующих величин с требуемой точностью.

Таблица 2.2 - Средства поверки:

Номер пункта методики поверки	Наименование и тип основных и вспомогательных средств поверки и их основные технические характеристики
5.2, 5.3, 5.4	Частотомер универсальный CNT-81. 3,3 нс…1010 с, ПГ ±1*10-7
5.3, 5.4	Источник питания Б5-32, 0…300 В, ПГ ± 3 %
5.3, 5.4	Прибор комбинированный цифровой Щ301-1. ~U пределы: (1…300) В, ПГ ± 0,4/0,25
5.2, 5.3, 5.4	Пульт поверки секундомера СЧЕТ-1М
5.2, 5.3, 5.4	Реле времени РВВ-1ВК. 0,01 с…99 час 59 мин.

При проведении поверки следует соблюдать требования безопасности на секундомер и используемые средства поверки.

2.2 Условия поверки

При проведении поверки должны соблюдаться следующие условия:

- температура окружающей среды (25 ± 5) °С;

- относительная влажность воздуха (30…80) %;

- атмосферное давление (84…107) кПа (630…800 мм., рт. ст.);

- напряжение сети (220 ± 22) В.



2.3 Поверочная схема средства измерения времени

В основу измерений времени и частоты должны быть положены единицы и шкалы времени, воспроизводимые государственным первичным эталоном времени и частоты (ГЭВЧ) Российской Федерации. Государственный первичный эталон времени и частоты входит также в единый эталон единиц времени, частоты и длины Российской Федерации.

В качестве межгосударственной шкалы времени принята шкала координированного времени государственного первичного эталона Российской Федерации UTC(SU).

В шкале UTC(SU) в Российской Федерации и в государствах участниках СНГ ведутся все передачи эталонных сигналов частоты и времени по каналам телевидения, радио, наземным и спутниковым навигационным системам и другим каналам связи.

Государственный первичный эталон состоит из комплекса следующих средств измерений:

- метрологические цезиевые реперы частоты, предназначенные для воспроизведения размеров единиц времени и частоты в Международной системе единиц;

- водородные стандарты частоты и времени, предназначенные для хранения размеров единиц времени и частоты и шкал времени TA(SU) и UTC(SU);

- аппаратура для передачи размера единицы частоты в оптический диапазон, состоящая из группы синхронизированных лазеров и СВЧ генераторов;

- аппаратура внутренних и внешних сличений, включая перевозимые квантовые часы и перевозимые лазеры;

- аппаратура средств обеспечения.

Диапазон значений интервалов времени, воспроизводимых эталоном, составляет с, диапазон значении частоты 1 ± 10¹⁴ Гц.

Государственный первичный эталон применяют для передачи размеров единиц времени и частоты и шкал времени национальным, вторичным, рабочим эталонам и рабочим средствам измерений непосредственным сличением, сличением при помощи перевозимых квантовых часов (ПКЧ), а также сличением с использованием сигналов времени и частоты, передаваемых по навигационным системам, по телевидению, радио и другим каналам связи.

Национальные эталоны стран СНГ и вторичные эталоны ГСВЧ России.

В качестве национальных эталонов единиц времени и частоты государств-участников СНГ и вторичных эталонов времени и частоты применяют комплексы средств измерений, состоящие из цезиевых и (или) водородных стандартов времени и частоты, аппаратуры внутренних и внешних сличении и аппаратуры обеспечения.

Национальные и вторичные эталоны применяют для передачи размеров единиц времени и частоты и шкалы времени рабочим эталонам и рабочим средствам измерений непосредственным сличением, сличением при помощи перевозимых квантовых часов, а также сличением с использованием сигналов времени и частоты, передаваемых по навигационным системам, по телевидению, радио и другим каналам связи.

Рабочие эталоны.

В качестве рабочих эталонов единиц времени и частоты применяют квантовые стандарты времени и (или) частоты.

Рабочие эталоны единиц времени и (или) частоты применяют для поверки и калибровки подчиненных рабочих средств измерений непосредственным сличением, сличением при помощи частотного компаратора, а также сличением при помощи сигналов навигационных систем, телевидения, радио и других каналов связи. Рабочие эталоны при построении локальных поверочных схем могут разделяться на разряды а зависимости от их точности.

Рабочие средства измерений.

В качестве рабочих средств измерений времени и(или) частоты применяют приборы технического или специализированного назначения, основанные на использовании различных периодических процессов.

Допускаемые относительные погрешности (S₀) рабочих средств измерений частоты составляют от до .

Допускаемые суточные значения ходов (g) рабочих средств измерений времени составляют от до с/сут.

2.4 Внешний осмотр и проверка комплектности

При проведении внешнего осмотра секундомера должно быть установлено отсутствие механических повреждений и коррозии, соответствие комплектности секундомера согласно паспорту, наличие маркировки на корпусе и сохранность пломб.

Секундомеры, имеющие дефекты, бракуются и направляются в ремонт.

2.5 Определение абсолютной погрешности измерения в режиме пуска и останова секундомера по двум различным цепям изменением состояния электрических контактов

Определение абсолютной погрешности измерения осуществляется сравнением показания поверяемого секундомера с показанием частотомера. С помощью реле времени задается необходимый интервал времени.

Установить переключатели пульта в следующие положения:

- «СЕТЬ» - «Откл.»;

- «ПУСК:НР/НЗ», «СТОП: НР/НЗ» - «НР»;

- «ПУСК: 10 кОм /650 Ом», «СТОП: 10 кОм /650 Ом» - «650 Ом»;

- «ПУСК», «СТОП», «ЧАСТОТОМЕР («Н», «К»)» - (контакт).

Подготовить поверяемый секундомер с кабелями «4,5...40 В» к работе в вышеуказанном режиме согласно инструкции по эксплуатации.

Подготовить частотомер к работе в режиме измерения интервала времени между положительными фронтами импульсов амплитудой 4 В.

Подключить частотомер и поверяемый секундомер к пульту. Вход запуска частотомера подключить к контактам «Н», а вход останова - к контактам «К».

Включить пульт. Задать установку времени 10 с. Нажать кнопки «СБРОС» пульта и секундомера. Нажатием кнопки «ПУСК» пульта запустить счет.

По окончании счета определить абсолютную погрешность измерения интервала времени (Д) по формуле:

Д = Т₁ - Т₂

Где:

Т₁ - показания частотомера;

Т₂ - показания секундомера.

Установить переключатели пульта в следующие положения:

- «ПУСК: НР /НЗ », «СТОП: НР /НЗ » - «НЗ»;

- «ПУСК: 10 кОм /650 Ом», «СТОП: 10 кОм /650 Ом» - «650 Ом»;

- «ПУСК:», «СТОП:», «ЧАСТОТОМЕР («Н», «К»)» - « » (контакт).

Повторить измерения, задавая установку времени 0,01 с и 10800 с (3 часа).

Результаты поверки считать положительными, если погрешность измерения не более:

- при выпуске секундомера из производства:

± (1 х 10^-5 х Т + С) с

- при эксплуатации секундомера:



± (6 х 10^-5 х Т + С) с

Где:

Т - значение измеряемого интервала в с;

С - дискретность измерений в данном интервале.

2.6 Определение абсолютной погрешности измерения в режиме пуска и останова секундомера по двум различным цепям фронтом электрического напряжения

Установить переключатели пульта в следующие положения:

- «СЕТЬ» - «Откл.»;

- «ПУСК: НР/НЗ», «СТОП: НР/НЗ» - «НР»;

- «ПУСК: 10 кОм /650 Ом», «СТОП: 10 кОм /650 Ом» - «650 Ом»;

- «ПУСК:», «СТОП:», «ЧАСТОТОМЕР («Н», «К»)» - (потенциал).

Подготовить поверяемый секундомер с кабелями «40...250 В» к работе в вышеуказанном режиме согласно инструкции по эксплуатации.

Отключить кабели от входа частотомера. Подготовить частотомер к работе в режиме измерения интервала времени между положительными фронтами импульсов амплитудой 1,8 В (при напряжении на блоке питания 40 В) и амплитудой 10 В (при напряжении на блоке питания 250 В). Подключение входов частотомера производить только после установки необходимого напряжения.

Включить пульт. Подключить блок питания к пульту, установить на блоке питания выходное напряжение 40 В, контролируя напряжение по вольтметру.

Задать установку времени 10 с. Нажать кнопки «СБРОС» пульта и секундомера. Нажатием кнопки «ПУСК» пульта запустить счет.

Установить на блоке питания напряжение 250 В. Повторить испытание. Отключить блок питания.

Результаты поверки считать положительными, если погрешность измерения не более:

- при выпуске секундомера из производства:

± (1 х 10^-5 х Т + С) с

- при эксплуатации секундомера:

± (6 х 10^-5 х Т + С) с

Где:

Т - значение измеряемого интервала в с;

С - дискретность измерений в данном интервале.

2.7 Определение абсолютной погрешности измерения в режиме измерения длительности импульса

Для предотвращения преждевременного останова частотомера при необходимости использовать задержку переключения

Включить HOLD OFF - ON, установить время задержки SET DELAY - 0,01 с. Установить переключатели пульта в следующие положения:

- «СЕТЬ» - «Откл.»;

- «ПУСК: НР/НЗ», «СТОП: НР/НЗ» - «НЗ»;

- «ПУСК: 10 кОм /650 Ом», «СТОП: 10 кОм /650 Ом» - «650 Ом»;

- «ПУСК:», «СТОП:», «ЧАСТОТОМЕР («Н», «К»)» - (потенциал).

Подготовить поверяемый секундомер с кабелем «4,5...40В» к работе в вышеуказанном режиме согласно инструкции по эксплуатации. Подготовить частотомер к работе в режиме измерения длительности импульса отрицательной полярности амплитудой 1,8 В. Отключить кабель от входа частотомера. Включить пульт. Подключить блок питания к пульту, установить на блоке питания выходное напряжение 40 В, контролируя напряжение по вольтметру. Подключить вход частотомера.

Задать установку времени 10 с. Нажать кнопки «СБРОС» пульта и секундомера. Нажатием кнопки «ПУСК» пульта запустить счет.

Установить на блоке питания напряжение 4,5 В. Задать установку времени 1080 с (18 мин.).

Повторить испытание.

Отключить блок питания.

Результаты поверки считать положительными, если погрешность измерения не более:

- при выпуске секундомера из производства:

± (1 х 10^-5 х Т + С) с

- при эксплуатации секундомера:

± (6 х 10^-5 х Т + С) с

Где:

Т - значение измеряемого интервала в с;

С - дискретность измерений в данном интервале.

2.8 Определение погрешности

Абсолютную суммарную погрешность секундомеров (далее - погрешность) определяют методом сличения показаний поверяемого секундомера с показаниями электронного секундомера П14-2М. Интервалы времени поверки приведены в таблице 2.3.



Таблица 2.3 - Интервалы времени поверки:

Тип прибора	Диапазон измеряемых интервалов времени	Абсолютная погрешность, с.
ПВ-53	1-10 с	±0,03 в интервале 1-3 с
П14-2М	0,1 с -10 мин	±0,01 в интервале 0,1-60 с

Погрешность определяют при двух положениях секундомера - циферблатом вверх и кнопкой управления вверх, три раза на каждом указанном в таблице интервале времени.

При отклонении секундной стрелки на одно наименьшее деление необходимо вносить соответствующую поправку при заполнении граф протокола поверки.

Погрешность вычисляют по формуле, с:

(1)

Где:

- значение интервала времени, измеренное поверяемым секундомером, с;

- действительное значение времени, измеренное электронным секундомером, с.

Среднюю погрешность вычисляют для интервалов времени в каждом положении секундомера по формуле, с:

(2)

Где значения погрешностей, вычисленные по формуле (1).

Отклонения от средней погрешности вычисляют для интервалов времени в каждом положении секундомера по формуле, с:



(3)

Где:

- значение погрешности при каждом цикле измерений, вычисленное по формуле (1).

Максимальную погрешность определяют для интервалов времени при каждом положении секундомера как наибольшую по абсолютному значению погрешность .

Если при поверке абсолютные значения средней погрешности , максимальной погрешности или отклонения от средней погрешности Е превысят допускаемые по ГОСТ 8.286-78 значения, поверку прекращают.

2.9 Оформление результатов поверки

Результаты измерений, полученные в процессе поверки, заносят в протокол произвольной формы.

При положительных результатах поверки на секундомер выдается «Свидетельство о поверке» установленного образца.

При отрицательных результатах поверки на секундомер выдается «Извещение о непригодности» установленного образца с указанием причин непригодности.

Порядок проведения поверки, принятый в нашей стране для электрических секундомеров, проводится согласно ГОСТ 8.286-78. Методика поверки электрических секундомеров состоит из:

- внешнего осмотра и проверки комплектности;

- опробования;

- определения метрологических характеристик.

После проведения данных процедур выносится решение о пригодности электрического секундомера. Если электрический секундомер по результатам поверки признан пригодным к применению, то на него или техническую документацию наносится оттиск клейма или выдается "Свидетельство о поверке". Если секундомер по результатам поверки признан непригодным к применению, то на него выдается «Извещение о непригодности» установленного образца с указанием причин непригодности.

Рассмотренная в данной главе методика поверки электрических секундомеров в дальнейшем будет использоваться при поверке электрического секундомера ПВ-53.



3. Поверка электронного секундомера ПВ 53

Проверка производится в соответствии с ГОСТ 8.286-78 «Государственная система обеспечения единства измерений.

Секундомеры электрические.

Методы и средства поверки» следующим образом:

3.1 Внешний осмотр

При проведении внешнего осмотра должно было установлено соответствие секундомера следующим требованиям:

- секундомеры не должны иметь механических повреждений корпуса и органов управления, которые могут повлиять на их работоспособность, поврежденных надписей, обозначений и штрихов на шкалах циферблата, затрудняющих определение результата измерения;

- стекло циферблата секундомера должно быть прозрачным и не иметь дефектов, затрудняющих отсчет;

- концы секундных стрелок не должны выходить более чем на 0,5 мм., за внутреннюю и наружную окружность секундной шкалы.

При опробовании было установлено соответствие секундомеров следующим требованиям:

- пуск, останов и возврат стрелок на нуль шкалы должны происходить при однократном нажатии на кнопку управления секундомера;

- не возврат секундной стрелки на нуль шкалы не должен превышать одного наименьшего деления;

- продолжительность работы секундомеров проверяют только при выпуске из производства или ремонта по интервалу времени от начала до момента прекращения его работы и она должна соответствовать требованиям ГОСТ 8.286-78.

Все операции опробования проводились однократно.

При внешнем осмотре и опробовании не было обнаружено никаких дефектов и неисправностей, указанных выше.

3.2 Обработка результатов измерений

Обработка результатов измерений ведется в три этапа:

1. Обнаружение и исключение грубых ошибок;

2. Проверка нормальности закона распределения результатов измерений;

3. Вычисление доверительного интервала математического ожидания и построение карты процесса.

1. Обнаружение и исключение грубых ошибок.

Исключение грубых ошибок ведется по правилу 3у: если при многократном измерении одной и той же физической величины сомнительные значения результата измерения отличаются от среднего более чем на 3у, то с вероятностью Р>0,997 они являются ошибочными и их следует отбросить.

При расчетах принимаем, что у =S.

Весь диапазон измеренных значений разделим на число интервалов

Где:

- число интервалов;

- число измерений.

Для проведения анализа результатов измерений занесем данные прибора и вспомогательные расчеты в таблицу 3.1. Объем выборки составляет пятьдесят значений (= 50).



Таблица 3.2 - Данные результата измерений:

1197	2	2394	-3,08	9,4864	18,9728
1198	6	7188	-2,08	4,3264	25,9584
1199	9	10791	-1,08	1,1664	10,4976
1200	14	16800	-0,08	0,0064	0,08960
1201	10	12010	0,92	0,8464	8,46400
1202	6	7212	1,92	3,6864	22,1184
1203	3	3609	2,92	8,5264	25,5792

Среднее арифметическое результатов измерений определяется по формуле (4):

(4)

Где:

- частота;

- -ое значение выборки (число интервалов);

- количество значений всей выборки.

Математическое отклонение для несимметричной оценки дисперсии S определяется по формуле (5):

(5)

Все полученные значения входят в доверительный интервал, т. к., все значения х_і не выходят за предел 1195-1204, следовательно, ошибочных значений нет.



3.3 Проверка нормальности закона распределения результатов измерений

Принадлежность наблюдаемых данных нормальному закону является необходимой предпосылкой для корректного применения большинства классических методов математической статистики, используемых в задачах обработки измерений. Для проверки гипотезы о нормальности построим по результатам экспериментальных данных гистограмму (рисунке 3.1).

Рисунок 3.1 - Гистограмма результатов измерений:

Математическая статистика дает несколько показателей, по которым можно судить, насколько фактические значения согласуются с нормальным распределением. Расчет идет по критерию Пирсона. Расчет значений частот теоретического ряда распределения для собранных данных (таблица 3.2).

Таблица 3.2 - Расчет значений частот теоретического ряда распределения для собранных данных:

2997	2997,86	2	1,5097	0,1276	0,0724	0,7249
2997,86	2998,72	6	0,9008	0,2661	0,1511	0,3201
2998,72	2999,58	9	0,3312	0,3778	0,2145	0,2774
2999,58	3000,44	14	0,2385	0,3876	0,2200	0,8182
3000,44	3001,30	10	0,8081	0,2874	0,1632	0,4149
3001,3	3002,16	6	1,3778	0,1539	0,0874	0,6079
3002,16	3003,02	3	1,9474	0,0596	0,0338	1,0154

- функция нормированного нормального распределения.

Значение коэффициента рассчитывается по формуле (6):

(6)

r = k - 3 = 7 - 3 = 4

- число степеней свободы. Критерий основывается на свойствах распределения, позволяющих оценивать значимость разности между наблюдаемыми частотами и теми частотами, которые следовало бы ожидать, если бы данные соответствовали теоретическому распределению.

Фактическое значение критерия определяется по формуле (7):

(7)

В соответствии с таблицей критических значений критерия Пирсона найдем теоретическое значение для уровня значимости м., степени свободы:

r = k - 3 = 7 - 3 = 4



- число степеней свободы, а значение k - число столбцов в гистограмме.

Таблица 3.3 - Критические точки распределения Пирсона:

Фактическое значение значительно не превышает табличное, значит можно утверждать, что в основе фактического распределения результатов измерений лежит нормальный закон распределения.

Отклонения от нормативного значения по всем проверенным параметрам не выходят за рамки допустимых значений.

В результате поверки был сделан вывод о пригодности данного секундомера для применения по всем проверенным параметрам.

Обработка результатов измерений была произведена с помощью математической статистики. Были вычислены доверительные интервалы и доказано, что все полученные значения входят в доверительный интервал, т. к., все значения х_і не выходят за предел 1195-1204 следовательно, ошибочных значений нет.

Так же для проверки нормальности закона распределения результатов измерений была построена гистограмма по результатам экспериментальных данных и с помощью критерия согласия Пирсона было вычислено, что фактической значение критерия не превышает табличное, что и доказывает годность испытуемого секундомера ПВ-53.



Заключение

В ходе работы были решены такие задачи, как:

- Рассмотрение характеристики секундомера ПВ 53;

- Анализ методики поверки электрических секундомеров;

- Провести поверки электрического секундомера ПВ 53, на соответствие техническим характеристикам.

В первой главе данной работы в ходе анализа электрических секундомеров были рассмотрены все их виды, а именно секундомеры малых габаритов и их разновидности, секундомеры крупных габаритов и их разновидности. Было изучено их устройство, назначение и применение. Также была отдельно рассмотрена разновидность электрических секундомеров ПВ-53 и описано содержание и область применения стандартов, применяемых в ходе работы.

Во второй главе были рассмотрены виды поверок и способы их выполнения, порядок проведения поверок. Порядок проведения поверки, принятый в нашей стране для электрических секундомеров, проводится согласно ГОСТ 8.286-78.

В третьей главе данной работы описано проведение поверки электрического секундомера ПВ-53 согласно методике проведения поверки электрических секундомеров. В результате поверки был сделан вывод о пригодности данного секундомера для применения по всем проверенным параметрам.

Обработка результатов измерений была произведена с помощью математической статистики. Были вычислены доверительные интервалы и доказано, что все полученные значения входят в доверительный интервал, следовательно, ошибочных значений нет. Так же для проверки нормальности закона распределения результатов измерений была построена гистограмма по результатам экспериментальных данных и с помощью критерия согласия Пирсона было вычислено, что фактической значение критерия не превышает табличное, что и доказывает годность испытуемого секундомера ПВ-53. Следовательно, отклонения от нормативного значения по всем проверенным параметрам не выходят за рамки допустимых значений.

Таким образом, задачи решены, цель достигнута.



Библиографический список

1. Ефимов, В.В. Спираль качества / В.В. Ефимов, В.М. Князев. - Ульяновск: УлГТУ, 2002. - 232 с.

2. Бирюков С.А. Радиолюбительские цифровые устройства. - М.: Радио и связь, 1982.

3. Бартеньев В.Г. Универсальный измерительный прибор. - М.: Энергия, 1979. - 48 с.

4. ГОСТ 8.286-78 «Государственная система обеспечения единства измерений. Секундомеры электрические. Методы и средства поверки» - М.: Издательство стандартов, 1981. - 7 с.

5. 2 ГОСТ 8.129-99. Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты - Введ. 2000-07-01. - М.: Издательство стандартов, 1999. - 8 с.

6. ГОСТ Р ИСО 5479-2002. Статистические методы. Проверка отклонения распределения вероятностей от нормального распределения - Введ. 2002-01-01. - М.: Издательство стандартов, 2002. - 30с.

7. Сергеев, А.Г. Метрология: история, современность, перспективы: учебное пособие / А.Г. Сергеев. - М.: Логос, 2009. - 384 с.

8. Радкевич, Я.М. Метрология, стандартизация, сертификация / Я.М. Радкевич, А.Г. Схиртадзе, Б.И. Лактионов. - М.: Высшая шк., 2004. - 767 с.

9. Ширялкин, А.Ф. Стандартизация, метрология, сертификация: учебно-практическое пособие / А.Ф. Ширялкин, М.К. Гордеева. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 209 с.

10. Ширялкин, А.Ф. Стандартизация и техническое регулирование в аспекте качества продукции: учебное пособие/ А.Ф. Ширялкин. -2-е изд., испр., доп. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 212 с.

11. Ширялкин, А.Ф. Методические указания для выполнения, оформления и защиты курсовой работы по дисциплине «Метрология, стандартизация, сертификация» / А.Ф. Ширялкин, Т.А. Федоров. - Ульяновск: УлГТУ, 2006. - 21 с.

12. Ширялкин, А.Ф. Методические указания к лабораторным работам по метрологии и стандартизации. Часть 1 / А.Ф. Ширялкин. - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - 80 с. метрологический цифровой секундомер

13. Ширялкин, А.Ф. Основы формирования многоуровневых классификаций естественного типа для создания эффективных производственных сред в машиностроении / А.Ф. Ширялкин. - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - 298 с.

14. Ширялкин, А.Ф. Зачем нужен закон «О стандартизации» / А.Ф. Ширял-кин, Е.М. Деева // Стандарты и качество. - 2009. - № 5.

15. Горбоконенко, В.Д. Метрология в вопросах и ответах / В. Д. Горбоконенко, В.Е. Шикина. - Ульяновск: УлГТУ, 2004. - 195 с.

16. Лифиц, И.М. Стандартизация, метрология и подтверждение соответствия: учебник / И.М. Лифиц. - 9-е изд. - М.: «Юрайт», 2009. - 315 с.

17. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В.Е. Гмурман. - М.: Высшая школа, 2001. - 479 с.

18. Димов Ю.В. метрология, стандартизация и сертификация. Учебник для вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2006.

19. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник/Ю.И. Борисов, А.С. Сигов и др.; Под ред. А.С. Сигова. - М. Форум: Инфра-М, 2005.

20. Руководство по выражению неопределенности измерения. - ВНИИМ, СПб.: 2005.

21. Афанасьев Г.Я., Мальцев Ю.С. Цифровые авометры. - М.: Энергия, 1975. - 72 с.

22. Бездельев Ю.В, Малогабаритные любительские электроизмерительные приборы. - М.: Энергия, 19712. - 176 с.

23. Горчаков В.С. Цифровой частотомер. - Радио, 1977, № 3, с. 40 - 43.

24. Справочник по радиоэлектронным устройствам / Л.И. Бурин, В.П. Васильев, В.И. Качалов и др., Под ред. Д.П. Линде. - М.: Энергия, 1978.



Приложение А



Продолжение Б



Продолжение В

Размещено на Allbest.ru