МИ 396-83. Методические указания. Калориметры изотермические термоэлектрические для термокинетических измерений. Методы и средства поверки
Внимание
По информации, приведенной в Каталоге замененных нормативных документов в области метрологии (по состоянию на 01.03.2016), данный документ отменен без замены другим межотраслевым нормативным документом.
КАЛОРИМЕТРЫ ИЗОТЕРМИЧЕСКИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДЛЯ ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ
Методические указания распространяются на калориметры изотермические для термокинетических измерений в функции времени тепловой мощности длительного взаимодействия веществ в изотермическом режиме и устанавливают методы и средства их первичной и периодической поверок.
Поверке в соответствии с настоящими методическими указаниями подлежат рабочие калориметры как специализированные изотермические, так и сканирующие, применяемые в изотермическом режиме измерения, содержащие термостатируемый терморегулятором двухкамерный, дифференциальный, калориметрический блок, вольтметр (потенциометр) класса не менее 0,05 в качестве вторичного показывающего или регистрирующего прибора, и характеризуемые в технических условиях и эксплуатационной документации пределами измерения тепловой мощности от P до P , номинальной min max температурой измерения t или границами температурного диапазона измерений
н
от t до t , допускаемыми пределами чувствительности E , усредненной
min max max
постоянной времени K , термической неоднородностью ТЭТА K , а также
max max
и
допускаемым пределом инструментальной статической погрешности ДЕЛЬТА P max и
= 0,5% ( ДЕЛЬТА P >= 0,5%). max
Калориметры должны поверяться органами ведомственной метрологической службы. Первичная поверка должна производиться при выпуске калориметра из производства. Периодическая поверка должна производиться при эксплуатации калориметра один раз в год, а также после демонтажа-монтажа калориметра и после ремонта калориметра, включая ремонт и (или) замену терморегулятора и комплектующих средств измерений.
1. Отсутствующие технические и метрологические характеристики серийного типа калориметра или калориметра единичного изготовления должны быть определены при метрологической аттестации типа калориметра (единичного калориметра).
2. Частные методики поверки серийных типов калориметров и калориметров единичного изготовления должны основываться на положениях настоящих методических указаний, конкретизированных, со ссылкой на настоящие МУ применительно к конкретному серийному типу калориметра либо к конкретному калориметру единичного изготовления.
1. ОПЕРАЦИИ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ
1.1. При проведении поверки должны выполняться операции и применяться средства поверки, указанные в таблице.
| Операции | Номер пункта методических указаний | Средства поверки и их нормативно-техническая характеристика | |
| Внешний осмотр и проверка комплектности Определение технических и метрологических характеристик калориметра: | 3.1 3.2 | - Комплектный блок нагревательный со встроенным нагревательным резистором R класса не более 0,1 — 2 шт. н | |
| определение чувствительности E | 3.2.6 | Комплектный источник калиброванной мощности нагрева калориметра P max класса не более 0,1 | |
| определение усредненной постоянной времени K | 3.2.7 | Компаратор напряжений типа Р3003 до 11,1 В класса 0,005 по | |
| определение термической неоднородности ТЭТА K | 3.2.8 | ТУ 25-04.3771-79 с нормальным элементом насыщенным типа Х480 | |
| определение | 3.2.9 | класса 0,005 по ТУ 25-04.3220-80 | |
| инструментальной | Секундомер 2-го класса с кратностью | ||
| статической погрешности и | 30 мин. | ||
| ДЕЛЬТА P | |||
1. Вместо компаратора напряжений типа Р3003 с нормальным элементом типа Х480 может быть применен двухрядный потенциометр типов Р37; Р308; Р309; Р345; Р363 класса 0,01 — 0,005 с делителем напряжения 1, 10 типа Р35 класса 0,005 и нормальным элементом типа НЭ-65 класса 0,005.
2. <a id="p100022"></a>При наличии встроенного в основную камеру калориметрического блока
нагревательного резистора R пользуются этим резистором, предварительно н измерив его номинальное значение с помощью моста сопротивлений класса не более 0,1.
3. <a id="p100023"></a>При отсутствии комплектных нагревательных блоков и встроенных в
камеры нагревательных резисторов R изготавливают нагревательные блоки со н встроенными нагревательными резисторами R класса не более 0,1, причем н наружные размеры нагревательных блоков должны отвечать внутренним размерам камер по скользящей посадке, теплоемкость нагревательного блока должна быть
близка к теплоемкости испытуемых объектов в реакционной ячейке, подводящие к R провода на участке прохождения через калориметрический блок должны
н
иметь диаметр не более 0,1 мм, а термостойкость нагревательного блока должна превышать верхнюю границу t температурного диапазона измерений.
max
4. <a id="p100024"></a>При применении комплектного источника калиброванной мощности
определяют действительное значение мощности нагрева P , измерив max
компаратором Р3003 падение напряжения U на нагревательном резисторе R
max н
2
при пробном нагреве и определив значение P = (U /R ).
max max н
Схема нагрева калориметра (не приводится)
5. <a id="p100026"></a>При отсутствии (или неисправности) комплектного источника
калиброванной мощности нагрева P используют схему нагрева калориметра, max
показанную на рисунке, со стабилизированным источником питания 9,9 В типа Б5-44 (либо Б5 - любого индекса; либо набор не менее 9,9 В сухих батарей емкостью не менее 300 А х ч), с магазином сопротивлений 0,1 - 99999,9 Ом типа Р-33 (либо типа МСР-60; МСР-63; либо переменный резистор типа СП5 - многооборотный), с катушкой сопротивлений R = 10,0 Ом класса 0,01 типа
н
Р331, с резистором-заместителем R = R и с тумблером-переключателем S1
с н
НАГРЕВ-ЗАМЕСТИТЕЛЬ.
2. УСЛОВИЯ ПОВЕРКИ
2.1. При проведении поверки должны соблюдаться нормальные климатические условия согласно ГОСТ 8.395-80.
2.2. При проведении поверки должны соблюдаться требования эксплуатационной документации калориметра, включая требования по наладке калориметра.
2.3 Поверка должна производиться при номинальной температуре измерения
t , а в случае, предусмотренном техническими условиями, — при минимальной н
t и при максимальной t температурах температурного диапазона min max
измерений.
2.4. Калориметр, предназначенный для применения также и в качестве интегрирующего, должен быть поверен сначала согласно МИ 397-83 как интегрирующий калориметр.
3. ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ
3.1 Внешний осмотр и проверка комплектности.
3.1.1. При внешнем осмотре проверяется маркировка, отсутствие повреждений и целостность покрытий, четкость надписей и обозначений. Проверяется соответствие комплектности калориметра указаниям его технических условий и эксплуатационной документации.
3.2 Определение технических и метрологических характеристик.
3.2.1 В камеры калориметрического блока помещают нагревательные блоки
с нагревательными резисторами R и подсоединяют нагревательный блок н
основной камеры к невключенному на нагрев комплектному источнику калиброванной мощности нагрева P , а при отсутствии такого источника -
max
согласно показанной на рисунке схеме нагрева калориметра с переключателем S1 в положении ЗАМЕСТИТЕЛЬ.
Подготавливают к работе комплектный источник калиброванной мощности P , а при отсутствии такого источника - схему нагрева калориметра
max согласно рисунку, для чего подсоединяют вход U калориметра Р3003 к 2 потенциальным выводам катушки сопротивлений R = 10,0 Ом типа Р331. н Вычисляют требуемый ток нагрева i (в А) по формуле: н
___________
i = \/(P / R ), (1) н max н
где:
P — верхний предел измерения тепловой мощности, Вт; max
R — значение сопротивления нагревательного резистора, Ом (если в н
технических условиях и эксплуатационной документации калориметра указан верхний предел измерения удельной тепловой мощности P в Вт/г,
max
испытуемого вещества массы m в г, то значение P вычисляют по формуле max
P = m х P ). Устанавливают на переключателе декад Х компаратора Р3003
max max 2
значение падения напряжения V (в В) на катушке сопротивлений номинала R =
к к
10,0 Ом
V = i х R (2) к н к и регулированием магазина сопротивлений Р33 добиваются нулевого показания нуль-индикатора компаратора Р3003 в режиме измерения U ; Х на 2 2 пределе 1 мВ и затем до конца поверки повторяют указанную операцию не реже чем через каждые 20 - 30 мин. Подсоединяют вход U компаратора Р3003 непосредственно ко входу
1
вторичного прибора — вольтметра (потенциометра).
3.2.2 Дожидаются установления начального теплового равновесия
п
калориметра, пока не станет постоянным во времени V = const (у ряда типов 0 п калориметров V = 0) результат измерения компаратора Р3003 в режиме 0
измерения U ; Х на пределе М х 100 мкВ, где М - коэффициент усиления
1 1
предварительного усилителя калориметра (у калориметров, не имеющих
предварительного усилителя, полагают М = 1). Фиксируют при этом также
п п
постоянный во времени U = const ( U = 0) результат измерения вторичного
0 0
прибора — вольтметра (потенциометра) калориметра.
3.2.3 Проводят пробный нагрев калориметра тепловой мощности P от
max
комплектного источника калиброванной мощности либо с помощью показанной на рисунке схемы нагрева калориметра, переведя переключатель S1 в положение
НАГРЕВ.
Дожидаются установления динамического теплового равновесия калориметра, п пока не станут постоянными во времени результат измерения V = const н п
компаратора Р3003 в режиме измерения U ; Х на пределе М х 100 мкВ и U
1 1 н
вторичного прибора — вольтметра (потенциометра) калориметра.
Вычисляют, соответственно, 0,05-ю (V ), 0,15-ю (V ), 0,85-ю 0,05 0,15 п п (V ) и 0,95-ю (V ) (в В) доли приращения напряжения ( V - V ) по 0,85 0,95 н 0
формулам:
п п п п V = 0,05 х ( V - V ); (3) V = 0,15 х ( V - V ); (4) 0,05 н 0 0,15 н 0 п п п п V = 0,85 х ( V - V ); (5) V = 0,95 х ( V - V ), (6) 0,85 н 0 0,95 н 0
п
где V - выходной сигнал калориметра в состоянии начального теплового
0
равновесия, определенный согласно п. 3.2.2. Затем нагрев калориметра прекращают.
3.2.4 Измерив по восстановлении начального теплового равновесия
п
согласно п. 3.2.2 первичные сигналы калориметра V = const компаратором 0 п Р3003 и U = const вторичным прибором — вольтметром (потенциометром) и 0 отключив дифференцирующее звено, снова нагревают калориметр согласно п. 3.2.3. Включив секундомер, последовательно устанавливая на переключателе
декад X компаратора Р3003 значения напряжений V ; V ; V ; V и
1 0,05 0,15 0,85 0,95
п п
измеряя секундомером соответствующие моменты времени тау ; тау ;
0,05 0,15
п п
тау ; тау (в секундах), к которым показания нуль-индикатора Р3003
0,85 0,95
в режиме измерения U ; Х на пределе М х 100 мкВ, соответственно, доходят
1 1
до нуля, после чего выключают секундомер.
Дожидаются установления динамического теплового равновесия согласно п. п 3.2.3, измерив значения сигнала калориметра V = const компаратором Р3003 н п и U = const вторичным прибором — вольтметром (потенциометром) н п калориметра. Вычисляют 0,5-ю долю ( V ) в вольтах приращения напряжения 0,5
п п
( V - V ) по формуле:
н 0
п п п
V = 0,5 х ( V - V ) (7)
0,5 н 0
п
и устанавливают это значение V на переключателе декад Х
0,5 1
компаратора Р3003.
Включив секундомер, прекращают нагрев калориметра и по секундомеру п отмечают момент времени тау , к которому дойдет до нуля показание 0,5
нуль-индикатора компаратора Р3003 в режиме измерения U ; Х на пределе М х
1 1
100 мкВ. Дожидаются восстановления начального теплового равновесия согласно п. 3.2.2.
3.2.5 Производят n = 5 нагревов калориметра согласно п. 3.2.4, получив
п п п
по n = 5 значений результатов измерений сигнала калориметра V ; U ; V ;
0 0 н
п п п п п п
U и моментов времени тау ; тау ; тау ; тау ; тау .
н 0,05 0,15 0,85 0,95 0,5
_ _ _ _
Вычисляют средние значения напряжений V ; U , V ; U по формулам:
0 0 н н
_ 5 п _ 5 п
V = (1 / n) х SUM V ; (8) U = (1 / n) х SUM U ; (9)
0 n=1 0 0 n=1 0
_ 5 п _ 5 п
V = (1 / n) х SUM V ; (10) U = (1 / n) х SUM U (11)
н n=1 н н n=1 н
___ ___ ___ ___
и средние значения моментов времени тау ; тау ; тау ; тау
0,05 0,15 0,85 0,95
и тау по формулам: 0,5
___ 5 п ___ 5 п тау = (1 / n) х SUM тау ; (12) тау = (1 / n) х SUM тау ; (13) 0,05 n=1 0,05 0,15 n=1 0,15 ___ 5 п ___ 5 п тау = (1 / n) х SUM тау ; (14) тау = (1 / n) х SUM тау ; (15) 0,85 n=1 0,85 0,95 n=1 0,95 ___ 5 п тау = (1 / n) х SUM тау . (16) 0,5 n=1 0,5
3.2.6 Определяют чувствительность калориметра E (в Вт/В) по формуле:
_ _ E = P / (V - V ). (17) max н 0
3.2.7 Определяют усредненную постоянную времени калориметра K (в
секундах) по формуле:
___ ___ K = (тау / ln 2) = 1,443 х тау . (18) 0,5 0,5
3.2.8 Определяют термическую неоднородность калориметра ТЭТА K (в
секундах) по формуле:
_ _ _ _
(V - V ) - 0,5 х (V + V )
н 0 0,85 0,95
ТЭТА K = ------------------------------------- -
_ _ ___ ___
(V - V ) / (тау - тау )
0,95 0,85 0,95 0,85
_ _ _ _
(V - V ) - 0,5 х (V + V )
н 0 0,05 0,15
- -------------------------------------. (19)
_ _ ___ ___
(V - V ) / (тау - тау )
0,15 0,05 0,15 0,05
3.2.9 Для определения инструментальной статической погрешности
калориметра предварительно вычисляют: п
n-е значения результатов измерения P (в Вт) н
п п п P = E х ( U - U ); (20) н н 0
_
среднее значение результата измерения P (в Вт) н
_ 5 п P = (1 / n) х SUM P ; (21) н n=1 н
_
инструментальное среднее квадратическое отклонение SP (в %) н
______________
/5 _ п 2
/SUM (P - P )
_ 1 / n=1 н н
SP = -- \ / --------------- х 100; (22)
н _ \/ n х (n - 1)
P
н
_
инструментальную систематическую погрешность ТЭТА P (в %) н
_ _ ТЭТА P = |(P - P ) / P | х 100. (23) н max н max
и
Инструментальную статическую погрешность калориметра ДЕЛЬТА P (в %) определяют по формуле:
и _ _ ДЕЛЬТА P = ТЭТА P + 1,6 х SP . (24) н н
п
3.2.10. Значения E, K, ТЭТА K и ДЕЛЬТА P не должны превышать и и допускаемых пределов E ; K ; ТЭТА K и ДЕЛЬТА P ( ДЕЛЬТА P ), max max max max max указанных в технических условиях и эксплуатационной документации на
поверяемый калориметр.
4. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ
4.1. Положительные результаты первичной поверки калориметра удостоверяются в выпускном аттестате (паспорте), заверенном в порядке, установленном предприятием-изготовителем.
4.2. Положительные результаты периодической поверки удостоверяются свидетельством установленного образца.
4.3. Калориметры, прошедшие поверку с отрицательным результатом, в обращение не допускаются.
Примечание. Пример поверки калориметра и пример оформления промежуточных результатов измерений при поверке приведены в Приложении.
Поверялся технический калориметр типа ТГЦ1 (без предварительного усилителя и без дифференцирующего звена; вторичный прибор - самопишущий
потенциометр типа КСП-4 класса 0,5 с пределом измерения от -0,1 до +0,9 мВ; -5
t = 20 °C; m = 10, r = const; P = 4 х 10 Вт/г; P = 0,04 Вт/г, т.е. н min max
-4
P = 4 х 10 Вт и P = 0,04 Вт; комплектные нагревательные блоки с R
min max н
= 1000 Ом +/- 0,05% типа С5-5В, комплектный источник калиброванной
мощности отсутствует; E = 50 Вт/В; K = 250 с; ТЭТА K = 1000 с;
max max max
п ДЕЛЬТА P = 10%). max
Для нагрева калориметра была собрана схема нагрева — см. рисунок. _____________
По формуле (1) i = /(0,04 / 1000) = 0,006325 А; по формуле (2) V = н к 0,006325 х 10 = 0,06325 В.
п п Начальное тепловое равновесие калориметра при V = U = 0 (калориметр 0 0
снабжен устройством установки начального нулевого сигнала). п
При пробном нагреве получили V = 0,0008300 В, откуда по формулам (3) н
- (6) V = 0,0000415 В; V = 0,000125 В; V = 0,000706 В; V = 0,05 0,15 0,85 0,95 0,000789 В.
Проведя n = 5 нагревов, получили промежуточные результаты измерений и занесли их в таблицу.
| Номер нагрева, n | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| п тау , с 0,05 | 20,2 | 20,0 | 19,8 | 19,8 | 20,2 |
| п тау , с 0,15 | 38,1 | 38,3 | 38,5 | 38,5 | 38,1 |
| п тау , с 0,85 | 961,5 | 950,4 | 939,4 | 939,5 | 961,7 |
| п тау , с 0,95 | 2056,8 | 2065,7 | 2076,6 | 2077,0 | 2057,0 |
| п тау , с 0,5 | 148,0 | 145,3 | 142,1 | 141,9 | 148,1 |
| п _ V = V , В 0 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| п _ U = U , В 0 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| п 4 V х 10 , В н | 8,504 | 8,300 | 8,101 | 8,100 | 8,501 |
| п 4 U х 10 , В н | 8,9 | 8,7 | 8,5 | 8,9 | 8,5 |
| п 4 V х 10 , В 0,5 | 4,252 | 4,150 | 4,050 | 4,050 | 4,250 |
| п P , Вт н | 0,0429 | 0,0419 | 0,0410 | 0,0429 | 0,0410 |
| _ Р , Вт н | 0,0419 | ||||
| _ 4 V х 10 , В н | 8,301 | ||||
| _ 4 U х 10 , В н | 8,7 | ||||
| ___ тау , с 0,05 | 20,0 | ||||
| ___ тау , с 0,15 | 38,3 | ||||
| ___ тау , с 0,85 | 950,5 | ||||
| ___ тау , с 0,95 | 2066,6 | ||||
| ___ тау , с 0,5 | 141,5 |
По формуле (17) E = 0,04 / (0,0008301 - 0) = 48,19 Вт, что меньше E max = 50 Вт/В.
По формуле (18) K = 1,443 х 145,1 = 209,4, что меньше K = 250 с. max
По формуле (19)
│0,0008300 - 0 - 0,5 х (0,000706 + 0,0007886)│
ТЭТА K = │--------------------------------------------│ -
<pre class="legal-pre"> │ 0,000789 - 0,000706 │
│ [------------------] │
│ 2066,6 - 950,5 │</pre>
│0,000830 - 0 - 0,5 х (0,0000415 + 0,000125)│
- │-------------------------------------------│ = 952,1 с,
<pre class="legal-pre"> │ 0,000125 - 0,0000415 │
│ [--------------------] │
│ 38,3 - 20 │</pre>
что меньше ТЭТА K = 1000 с.
max
_
По формуле (22) SP = 0,8%. н
По формуле (23) ТЭТА P = |(0,0400 — 0,0419) / 0,0400| х 100 = 4,8%. н и
По формуле (24) ДЕЛЬТА P = 4,8 + 1,6 х 0,8 = 6%, что меньше и ДЕЛЬТА P = 10%. max
Таким образом, по результатам поверки калориметр может быть допущен в обращение.