МИ 153-78
Государственная система обеспечения единства измерений. Методика поверки средств измерений температурных коэффициентов линейного расширения твердых тел

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ И РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ (ВНИИФТРИ)

МЕТОДИКА

ПОВЕРКИ РАБОЧИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

МИ 153-78

Москва ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ 1979

РАЗРАБОТАНА Всесоюзным Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательским институтом физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ)

Директор В. К. Коробов

Исполнители: Я. С. Агранович, В. А. Медведев

ПОДГОТОВЛЕНА К УТВЕРЖДЕНИЮ Сектором госиспытаний и стандартизации

Руководитель сектора И. И. Турунцова Исполнитель И. Ш. Генфон

УТВЕРЖДЕНА Научно-техническим советом ВНИИФТРИ 28 декабря 1977 г. (протокол № 12)

УДК 536.5/.6

МЕТОДИКА

ПОВЕРКИ РАБОЧИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

МИ 153—78

Настоящая методика распространяется на дилатометры, предназначенные для определения температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) твердых тел в диапазоне 3-10"⁷— 2* 10~⁴ К^-1 с допустимой погрешностью от МО^-7 до МО”⁵ К^-1 при температурах 20—300 К, и устанавливает методы и средства их первичной и периодической поверок.

1. ОПЕРАЦИИ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ

1.1. При проведении поверки должны выполняться операции и применяться средства, указанные в таблице.

Номер пунктз методики

Сгедство поверки и его

Обязательность проявления операции при

операции

нормативно-

техническая

характеристика

выпуске из производства

ремонте

эксплуатации и хранении

Проверка комплектности дилатометра

3.1

Да

Нет

Нет

Внешний осмотр

3.2

Да

Да

Да

Определение погрешности д

3.3

Меры дилатометрические образцовые 3-го разряда типа МТ по ГОСТ 8.158-75

Да

Да

Да

Примечание. Разрешается применение отдельных вновь разработанных или находящихся в эксплуатации средств поверки, прошедших метрологическую аттестацию в установленном порядке.

© Издательство стандартов, 1979

3

2. УСЛОВИЯ ПОВЕРКИ

2.1.    При проведении поверки температура и влажность воздуха в помещении должны соответствовать указанным в НТД поверяемого дилатометра.

2.2.    Применяемые образцовые меры (образцы с известной зависимостью ТКЛР от температуры — ГОСТ 8.158-75) по форме и размерам должны быть идентичны образцам, исследуемым на поверяемом дилатометре.

2.3.    При проведении поверки последовательность операций при измерениях должна соответствовать указанной в НТД на дилатометр.

3. ПРОВЕДЕНИЕ ПОВЕРКИ

3.1.    Проверка комплектности дилатометра

3.1.1.    При проверке комплектности дилатометра должно быть установлено ее соответствие комплектности, указанной в технической документации.

3.2.    Внешний осмотр

3.2.1.    При проведении внешнего осмотра должно быть установлено соответствие дилатометра следующим требованиям:

отсутствие повреждений, влияющих на работу дилатометра;

размещение образцовой меры в дилатометре, а также монтаж схем регулирования и измерения в соответствии с указанным в технической документации на дилатометр.

3.3.    Определение погрешности Л

3.3.1.    Случайную и систематическую составляющие погрешности Д определяют измерением ТКЛР образцовой меры на поверяемом дилатометре; измерения проводят в соответствии с инструкцией по эксплуатации поверяемого дилатометра.

3.3.2.    ТКЛР определяют в начале, середине и конце температурного диапазона работы дилатометра пять раз на каждом участке.

3.3.3.    В указанных (см. п. 3.3.2) участках температурного диапазона находят средние значения ТКЛР образцовой меры в интервале Д7\ выбранном в соответствии с техническими условиями на поверяемый дилатометр (например, ЛТ=5, 10, 20 или 50 К). Каждое из найденных средних значений ТКЛР относят к температуре середины интервала:

Г_с=Г₁₊^\    (I)

3.3.4. Среднее значение ТКЛР вычисляют по формуле

/₀ ДТ

(2)

где /₀—длина образцовой меры, приведенная в паспорте на меру; Д/г— приращение длины образцовой меры.

4

3.3.5.    Каждое из найденных значений ТКЛР приводят к одному и тому же целочисленному значению температуры Т^п в середине выбранного интервала методом линейной интерполяции с помощью значений первых разностей Ав (Г), приведенных з паспорте на образцовую меру.

о

3.3.6.    Случайную составляющую погрешности А вычисляют по формуле

n(n 0,62

(3)

где aj?—значение <*/, приведенное к температуре 7^П :

<<>

t_q — коэффициент Стьюдента.

3.3.7. Систематическую составляющую Д_с погрешности определяют по формуле

^дс=|®5^р—«у.    (5)-

где ciJ-p —среднее значение ТКЛР образцовой меры в интервале измерений (см. п. 3.3.3), вычисляемое по формуле

(6)

здесь а^]0 , a* , aj* —значения ТКЛР меры, приведенные в паспорте на нее в интервале измерений; гп — число значений а* в этом же интервале.

Формула (6) выведена интегрированием по методу трапеций.

3.3.8. Погрешность А поверяемого дилатометра для начала, середины и конца рабочего диапазона температур вычисляют по формуле

\=V дчдсЧДм.    (7)

где А_м —допустимая погрешность образцовой меры, указанная в паспорте.

3.3.9.    Погрешность А не должна превышать значения, указанного в НТД на поверяемый дилатометр.

3.3.10.    Результаты поверки заносят в протокол, форма которого приведена в обязательнОхМ приложении I.

3.3.11.    Пример расчетов по обработке результатов поверки приведен в обязательных приложениях II и III.

5

4. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

4.1.    При выпуске дилатометра из производства и после ремонта результаты поверки заносят в паспорт дилатометра.

4.2.    На дилатометры, удовлетворяющие требованиям настоящей методики, выдают свидетельство установленной формы.

4.3.    Не допускается выпуск в обращение и применение средств измерений, прошедших поверку с отрицательными результатами.

4.4.    При отрицательных результатах поверки погашают клеймо и в документ о поверке вносят указание о непригодности поверенных средств измерений.

еносеиеаг ено> eiuMU еноссиси?

О.Р1.ЕЦ    П.»Ю>|

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (обязательное)

ПРОТОКОЛ

поверки дилатометра тина ___

заводской номер _

рабочий диапазон температур __

мера дилатометрическая образцовая Лй__Д„=

в

в

*

ж

С

ж

С

ж

С

<

ж

J*

К'¹

Лк

П _

• 1 • 10*.

к"¹

Чр10\

к ¹

. П П .

W-V* xjo*. к^-1

xlO**. к ²

0

Л -10*.

к-'

.$'•10*.

к-'

д_с-|'-.

к-‘

д.|0»,

1г*

1

2

3

А

5

б

7

в | »

10

11

12

1S

14

1S

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

ПРИЛОЖЕНИЕ II (обязательное>

Пример

расчетов по обработке результатов поверки дилатометра

1.    Проведение измерений

1.1.    Внести в протокол поверки данные о поверяемом дилатометре и примененной мере.

1.2.    Выбрать начало, середину и конец диапазона работы дилатометра. Например, если рабочий диапазон температур 80—300 К (см. приложение Ш)* то выбираем температуры 85 К. 180 К и 280 К.

1.3.    Выбрать интервал температур нагрева. Например, 7 К.

1.4.    Охладить образцовую меру до минимальной температуры данного участка. Например, Т_х =80,21 К. Записать значение Т_{ в графу 2 протокола поверки.

1.5.    Нагреть меру на ДГж7 К. Когда наступит ее стабилизация, измерить Т₂ и результат записать в графу 3 протокола. Например, 7*2*»87.64 К.

1.6.    Вычислить Д 7*=7*2—-87,64—80,21=7,43 К, результат записать в графу 4.

1.7.    Вычислить температуру отнесения по формуле (1) данной методики.

ДТ    7.43

7V=7'₁4--2-=80,21-l--₂—=83,92 К.

Результат записать в графу 5 протокола.

1.8.    Записать на отдельном листе значение Д/, измеренное дилатометром, и вычислить а,^ср по формуле (2) методики. Полученное значение записать в графу 6 протокола. Значение /₀ меры использовать из ее паспорта. Например, расчет дал а^^р = 8,79*10-® К”¹.

1.9.    Повторить последовательность изложенных в пп. 1.4—1.8 операций пять раз подряд, записывая каждый раз данные в соответствующие графы протокола (см. приложение III) в строку «Начало диапазона».

1.10.    Нагреть образцовую меру до температуры ~ 180 К.

1.11.    Вблизи этой температуры нагреть меру на ДТ«7 К и произвести все операции аналогично пи. 1.4—1.8 (см. приложение III) пять раз подряд. Данные занести в протокол в строку «Середина диапазона».

1.12.    Нагреть образцовую меру до температуры ~280 К.

1.13.    Вблизи этой температуры нагреть меру на Д7«7 К и повторить все операции аналогично пп. 1.4—1.8 (см. приложение Ш) пять раз подряд. Дан-ные занести в протокол в строку «Конец диапазона».

2.    Определение погрешности

2.1.    Найт и средние значения температур отнесения для начала, середины и конца рабочего диапазона и выбрать температуры приведения, близкие к этим значениям. Например, для начала диапазона

83,92-L83.75-1-85,13-|-84. Я6-1-85.84 Топ=-5    =84,7 К.

Выберем температуру приведения 7'_|=85 К. Для середины диапазона 7*₂=181 К. Для конца аналогично получим 7з=276 К. Занесем результаты в графу 7 протокола.

2.2.    Вычислить приведенные значения а" для каждого участка диапазона.

2.2.1. Для начала диапазона Г^п = 85 К; Т_тн» =83,92 К. Найдем разность Тн-Тотн, =85—83,92= 1,08 К. Поскольку разность более 1 К, приведение осуществим в два этапа.

2.2.1.1.    Сначала вычислим приведенное значение ТКЛР для 7=84 К. Из паспорта на образцовую меру найдем разность значений ТКЛР между &4 и 83 К. Она равна 0,115*1(0“® К^-’. Следовательно, поправка приведения Ла' —0,115-10-4),08 = 0,0092*10-⁶ К^-1. Тогда значение ТКЛР, приведенное к Т-84 К, a'=8,79-10-®+0,0092-10“««8.80-10-® К

2.2.1.2.    Затем определим значение ТКЛР, приведенное к 7^П =85 К. Разность значений ТКЛР меры между 85 и 84 К равна 0,113-10 **• К^-1. Следовательно, а" =а '-Ь0,ИЗ-10“®=8,80-10-®+0,113-10-®»8,91-10“® К“*. Этот результат заносим в графу 8 протокола.

Затем аналогично, тоже -в два этапа, установим с, так как 7^П—7*_отн, =

= 85—83,75=1,25 К, т. е. тоже более 1 К. Сначала найдем приведенное значение для 7=84 К, а затем для 7=85 К.

Приведенное значение для 7=84 К: Да" =0,115-10—^в-0,25=0,0237-10-®К^_*. Да' = 8,82-10—^eН-0.0287• 10—* -8,85- 10-® К~‘. а$ =8,85-10“®+0,113-10-®= =8,96-10-® К—¹. Занесем результат в графу 8 протокола. Найдем а£- 7оти* = =85,13 К. 7^П=85 К. Следовательно, Т^п—Т_ОТНг =85—85,13 = —0,13 К. Найдем разность ТКЛР меры между 86 и 85 К по паспорту меры. Она равна 0,111-10-® К—¹. Тогда поправка приведения Да"'=0,111-10-®-(—0,13) =—0,0144-10-® Последовательно, приведенное значение а5=а§^р4-Дсс'"'=8,96 -10—в—0,0144-10—®= = 8,94-10-® К—¹. Продолжая аналогичные вычисления, получим а" —9,08-10—⁶ К—¹,а" =9,16-10-® К—¹. Результаты занесем в графу 8 протокола.

2:2.2. Для середины диапазона Тотт “178,84 К; Т^п =181 К; 7^П—Тотт = = 181 — 178,84 = 2,16 К. Поскольку разность более 2 К, приведение проведем в три этапа.

Вначале приведем к температуре 179 К. По паспорту меры найдем разность значений ТКЛР между 179 и 178 К. Она равна 0,028-10“® К^-1. Следовательно, значение ТКЛР, приведенное к 7=179 К, составляет а' == Да'+а*^р= =0,028-10-®-0,16+14,66-Ю-®«* 14,66-10-® К“‘.

Затем последовательно приведем ТКЛР к температурам 180 и 181 К. Из паспорта на меру возьмем разность ТКЛР между 180 и 179 К и между 181 н 180 К. Она равна соответственно Да " = 0,027-10-® К^-1 и Да"" =0,027-10-® К"¹. Следовательно a? = a' + Да" +- Да" = 14,66-10-®+0,027-10-®+0,027-10-®= = 14,71-10-® К^-1. Результат занесем в графу 8 протокола. Далее, 7₀thi = = 180,02 К; 7^П = 181 К; 7^П—Г_отн. “181—180,02 = 0,98 К.

Следовательно, Да₂=0,027-10-®-0,98= 0.0265-10-® К^-1. Значит a”=a>^p4--+Да₂ = 14,82-10-®+0,0265-10-®»* 14,85-10-® К“¹. Занесем результат в графу 8 протокола. Проведя аналогичные вычисления, найдем = 14,88-10“® К”¹; aj = 14,82-10“® К^-1; а? = 14,80-10-® К”¹. Результаты занесем в графу 8 протокола.

2.2.3.    Для конца диапазона проведем аналогичные вычисления; если разность между 7^П и То™ превышает 1 К, то приведение осуществляем в два этапа, если превышает 2 К, то в три этапа и т. д.

Для конца диапазона получим а"“ 16,63-10-® К-¹; aj =16,54-10“® К-¹; aj =16,53-10-® К-';    а5= 16,51-10-® К'¹; а^п5 =16,47-10-® К-¹. Занесем ре

зультаты в графу 8 протокола.

2.3.    Значение aj_p для каждого участка диапазона вычислим по формуле (4) методики. Результаты запишем в графе 9 протокола.

2.4. Вычислим последовательно разности    a”—а"_р    и (а"—а"_р )² для

каждого участка диапазона. Результаты занесем, в графы 10 и 11.

о

2.5.    Определим случайную составляющую погрешности А для каждого участка диапазона по формуле (3) методики. Результаты занесем в графу 12 протокола.

9

2.6. Вычислим ccq^{P аля каж}Дого участка диапазона по формуле (6) ме-толики. Данные возьмем из паспорта меры. Для начала диапазона самая низкая температура в интервале А 7—Т\ составляет 80,21 К, самая высокая Т₂— —89,21 К. Из паспорта выпишем все значения ТКЛР меры, лежащие между 80 и 89 К через 1 К. Всего значений 10.

По формуле (6) методики определим

, 8.388- Ю-⁶К-'+ 9,407.iO^K-¹    _Q,.

(суммируем значения от а_о2 при 7=81 К до a_w при Т—8Ь К).

Для середины диапазона самая низкая температура в интервале Д7—7* равна 174,51 К, самая высокая 7₂—187,13 К. Из паспорта выпишем все значения ТКЛР меры, лежащие между 174 и 187 К. Всего значений 14. По формуле (6) методики определим

«5»=—a₀/+~^-⁴]=ji-l 176,65- !0-⁶К-'+

^м.тг.ю^к”¹

(суммируем значения от а₀₂ при 7=175 К до а₀,₃ при 7=186 К). Аналогичные вычисления для конца диапазона дают oq^p = 16,44*10-® К^-1. Результаты запишем в графу 13 протокола.

2.7.    Вычислим систематическую составляющую Д_с по формуле (5) методики. Результаты запишем в графу 14 протокола.

2.8.    Вычислим погрешность Д для начала, середины и конца рабочего диапазона поверяемого дилатометра по формуле (7) методики. Результаты запишем в графу 15 протокола.

Например, для начала диапазона

д=У лч-л;!+д-=У»(o,i3i)Mo”¹²+(o,io)M(T^l2+

+ (0,06)²* 10'¹'=10"⁶|/ 0,017161+0,01+0,0036 =

= 10“^⁶ ^ 0,030751 д;0,175* Ю“'^бК~¹.

Значение А_м возьмем из паспорта на меру.

+*

14,540* 10~⁶К"Ч14,890-10-°К 2

10