Поверка, калибровка и испытания СИ силы и крутящего момента силы

ИЗМЕРЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА СИЛЫ

Сегодня парк рабочих средств измерений крутящего момента силы оценивается более чем в миллион единиц! И, как считают эксперты, это только начало (См. «Крутится-вертится ВСЕ!»).  
Стремительное увеличение парка СИ измерений крутящего момента силы сопровождается изменением структуры, расширением номенклатуры, значительным расширением диапазона и повышением точности измерений. Понятно, что свою роль эти измерения способны сыграть только в случае адекватного метрологического обеспечения.

В 2010 г. Росстандартом утвержден Государственный эталон единицы крутящего момента силы, разработанный на базе ГЭТ 149 – 85 (УНИИМ, г. Екатеринбург). Эталон единицы крутящего момента состоит из трех эталонных установок и имеет диапазон воспроизведения единицы крутящего момента силы от 1.0 до 250 Нм; от 20.0 до 2500 Нм и от 200 до 20000 Нм. Стандартная неопределенность по типу А не превышает 0.8٠10^-4 в диапазоне от 1.0 до 2500 Нм и 1.5٠10^-4 в диапазоне от 2500 Нм до 20000 Нм, по типу В не превышает 1.0٠10^-4 в диапазоне от 1.0 до 2500 Нм и 2.0٠10^-4 в диапазоне от 2500 Нм до 20000 Нм. 

Каждая эталонная установка состоит из рычага определенной длины с опорной и грузоприемными призмами, набора грузов и привода с осью вращения, проходящей через точку опоры рычага для создания момента силы. Поверяемое СИ одним концом закрепляется на рычаге, другим - на механизме закручивания.

ЭТАЛОН ЕДИНИЦЫ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА СИЛЫ ФБУ «НИЦ ПМ – РОСТЕСТ»

Параллельно с модернизацией Государственного эталона единицы крутящего момента силы в августе 2009 года в ФБУ «НИЦ ПМ – Ростест» для поверки, калибровки и испытаний датчиков крутящего момента силы введена в строй образцовая установка (заводской №015/2009), производства “DrehmomentService Dr. Peschel”(Германия), имеющая диапазон измерений от 20 до 20000 Нм.

В основе работы образцовой установки для воспроизведения крутящего момента силы ТСМ лежит метод сравнения измерений эталонного датчика крутящего момента силы, являющегося частью установки, и поверяемого (калибруемого) датчика крутящего момента силы.

Вместо абсолютной калибровки с системами рычаг-масса, имеющей место в государственном эталоне, выбран метод сравнения, использующий образцовый преобразователь. Отнимающая много времени калибровка (поверка) по дискретным точкам (пошаговая калибровка) заменена калибровкой методом сравнения, допускающей повторное определение характеристик измерительного прибора практически на любом числе измерительных точек. Так как время, требуемое для одной серии измерений, очень коротко, измерения можно быстро повторять в различных установочных положениях. При этом может быть получено достаточное количество измеренных характеристик. Возможна калибровка (поверка) первичных преобразователей с правосторонним, левосторонним и с переменным крутящим моментом.
В процессе поверки (калибровки) ТСМ реализует два метода выполнения измерений – шаговый (дискретный) и непрерывный. Выбор процесса зависит от целей выполняемых работ и требований к точностным параметрам, предъявляемых заказчиком к представляемым результатам поверки (калибровки).

Конструктивно установка представляет собой пространственную конструкцию, базирующуюся на трех вертикальных стойках. Поперечные металлические площадки, имеющие форму равностороннего треугольника, придают установке необходимую жесткость. Эталонный датчик устанавливается в предназначенное для него пространство, расположенное в измерительной оси ТСМ. Оно располагается между двумя штатными переходниками фланцевого типа. Эти переходники присоединены к эталонному датчику с определенным крутящим моментом и должны находиться на нем постоянно. С помощью подъёмника, расположенного на верхней траверсе ТСМ, её измерительная ось расстыковывается для установки эталонного датчика в его рабочее положение.

Установка имеет высоту 3200 мм, в поперечном сечении  представляет собой равносторонний треугольник с основанием 1100 мм х 1100 мм.
Масса установки составляет 2300 кг. Жесткость установки 3º / 20000Нм.

В качестве эталонных преобразователей в установке используются датчики (набор из трех датчиков) крутящего момента силы типа TB2, производства фирмы НВМ (“Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH”), Германия:

a) TB2 / 10 kN·m для использования в диапазоне от 500 Н·м до 20 кН·м.
b) TB2 / 2 kN·m для использования в диапазоне от 100 Н·м до 3 кН·м.
c) TB2 / 200 N·m для использования в диапазоне от 20 Н·м до 400 Н·м.

Отбор датчиков для установки производился селективным методом - путем отбора образцов, имеющих наилучшие точностные характеристики.

Исследования с целью определения метрологических характеристик установки проводились в два этапа:

• при изготовлении установки в Германии (калибровка проводилась на национальных германских эталонах)
• после ее повторной сборки в Москве.

Для этого использовались дополнительно два транспортируемых эталона сравнения крутящего момента – датчики типа ТТ1 производства (Lahti Precision,Финляндия), которые были откалиброваны в РТВ на Национальных первичных эталонах крутящего момента Германии и привезены в Москву для выполнения сравнительных измерений.

После монтажа и предварительной калибровки собранной установки ученым хранителем эталона крутящего момента силы Германии( РТВ) доктором Дирком Реске были проведены измерения введенной в эксплуатацию установки с целью исследований возможностей проведения калибровки и измерений.

Полученные результаты измерений показали очень хорошую стабильность и воспроизводимость полученных и накопленных значений крутящего момента силы.

Выбирая известную чувствительность датчиков, как эталонное значение, можно графически отображать относительное отклонение и сравнивать его с данными соответствующего сертификата калибровки, полученными на эталонном оборудовании, воспроизводящем крутящий момент при помощи статической нагрузки.

Результаты исследований показывают, что образцовая установка для калибровки и поверки высокоточных первичных преобразователей крутящего момента силы производства фирмы Drehmomentservice, Германия способна воспроизводить крутящие моменты в диапазоне от 20 N-m до 20kN-m и удовлетворяет требованиям расширенной неопределенности 0,04% ( к=2).

Характеристики подтверждены:

• техническим отчетом д-ра Реске - руководителя отдела «Крутящего момента» PTB (“Physikalisch-Technische Bundesanstalt”), Брауншвейг, Берлин № PTB -1.22_09-041 от 30 октября 2009 года;
• сертификатами калибровки DKD-аккредитованной лаборатории “Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH”, калибровочный знак “DKD-К-00101”.

Государственный эталон, хранимый на Урале, и образцовая установка для воспроизведения крутящего момента силы, находящаяся в центральной части России в ФБУ «НИЦ ПМ – Ростест», создают метрологическую базу, необходимую для обеспечения точности, достоверности и сопоставимости измерений крутящего момента. 

Измерения силы (поверка систем силоизмерительных, динамометров, датчиков силы, весов крановых)

     Диапазон измерений силы – (2…100)/ (10…2000) кН
     Погрешность измерений силы – ±0,01/ ±0,02%

Поверка ключей динамометрических

     Диапазон измерения крутящего момента силы - (0,05 ... 3000) Нм
     Погрешность измерения крутящего момента силы - + (0,25 ... 1) %
 
    

Поверка испытательных машин

     Диапазон измерений силы – до 5000 кН
     Погрешность измерений силы – ±(0,06…0,2)%

Поверка преобразователей перемещений (экстензометров)

     Диапазон измерений перемещения – до 100 мм
     Погрешность измерений перемещения – ±0,01%

---

МЕТКИ: Поверка датчиков крутящего момента