Поиск по сайту:
Главная страница » Каталог статей » Статьи о МО » Гладышев Е.Е., Савровский К.К.., Стрелков Д.Е., "Метрологическое обеспечение измерений силы и крутящего момента силы на примере эталонов ФБУ "Нижегородский ЦСМ"

Метрологическое обеспечение измерений силы и крутящего момента силы на примере эталонов ФБУ "Нижегородский ЦСМ

ООО Госнорм



Е.Е. Гладышев, инженер 1 категории по метрологии; К. К. Савровский, руководитель сектора; Д. Е. Стрелков, начальник лаборатории ФБУ «Нижегородский ЦСМ», лаборатория промышленных измерений и испытаний

"Главный метролог" №4 2016 г.

 

Измерения силы и крутящего момента силы получили широкое распространение при определении физико-механических свойств материалов и решении других измерительных задач в разных отраслях промышленности, особенно в диапазонах измерения силы до 3 МН и крутящего момента силы до 3000 Н-м. Для обеспечения потребностей промышленных предприятий в метрологическом обеспечении силы и крутящего момента силы в указанных выше диапазонах в лаборатории промышленных измерений и испытаний ФБУ «Нижегородский ЦСМ» при методической помощи ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» и ФГУП «УНИИМ» были созданы государственные эталоны единицы силы 1 разряда 3.1.ZBH.1646.2014 и крутящего момента силы 3.1.ZBH.1785.2014.

Государственный эталон единицы силы 1 разряда 3.1.ZBH. 1646.2014 прослеживается к государственному первичному эталону единицы силы ГЭТ 32-2011 согласно государственной поверочной схеме ГОСТ 8.640-2014 [1] и включает в свой состав машины силовоспроизводящие рычажного и компараторного типов, а также высокоточные преобразователи силы (компараторы силы) T0P/Z4A, T0P/Z30A производства Hottinger Baldwin Messtechnik (НВМ), а также динамометр 0ДС-100 и группу динамометров ОДС-100 производства ЗАО «Весоизмерительная компания «Тензо-М». Включение в состав эталона компараторов силы, непосредственно прослеживаемых к ГЭТ 32-2011, позволяет повысить измерительные возможности силовоспроизводящих машин путём исключения составляющих погрешности, связанных с их градуировочной характеристикой и положением динамометра, а также уменьшении влияния случайной составляющей через увеличение числа наблюдений.

Эталон 3.1.ZBH.1646.2014 обеспечивает воспроизведение единицы силы в диапазоне значений от 1 Н до 3 МН с доверительными границами относительной суммарной погрешности не более ±0,02%, что позволяет передавать размер единицы силы к рабочим эталонам 2 разряда по ГОСТ 8.640-2014 и динамометрам по ГОСТ 55223-2012 (ИСО 376) [2] с доверительными границами относительной суммарной погрешности и от- 2; носительной погрешностью ±0,12%, ±0,24% і и ±0,45% соответственно, что в свою очередь обеспечивает поверку и калибровку силоизмерителей испытательных машин всех групп точности по ГОСТ 28840-90 [3] и всех классов по ISO 7500-1 [4]. Т. к. значения доверительных границ относительной суммарной погрешности и относительной погрешности по ГОСТ 8.640-2014 [1] численно совпадают, возможность применения динамометра по ГОСТ 55223-2012 [2] в качестве рабочего эталона единицы силы 2 разряда по ГОСТ 8.640-2014 [1] может определяться введением контрольного допуска на предельное значение относительной погрешности.

Значение контрольного допуска на поверку можно определять на основе МИ 188-86 [5] исходя из способа обработки результатов измерений, предусмотренное методикой поверки. В случае, если методика поверки не содержит требований к расчёту общей относительной погрешности, для динамометров, применяемых в качестве рабочих эталонов единицы силы 2 разряда, доверительные границы относительной суммарной погрешности определяются на основе расчёта расширенной неопределённости результата калибровки, проведённой согласно Приложению В ГОСТ 55223-2012 [2].

В состав эталона входит разработанное лабораторией программное обеспечение, строящее зависимость относительной расширенной неопределённости результата калибровки от прилагаемого усилия с применением монотонно убывающей функции. Построенная зависимость позволяет определять предельное значение относительной погрешности в любой точке диапазона измерений динамометра, которое может быть использовано для оценки неопределённости результата калибровки силоиз-мерителей испытательных машин или неопределённости результата измерений силы динамометром.

Силовоспроизводящие машины, включённые в состав эталона, являются автоматизированными системами управления, причём машины ком-параторного типа УС 0411 (20 тс, 200 кН), УС 0412 (70 тс, 700 кН) и ЭСМГ-3000 (300 тс, 3 МН) уже содержали соответствующее программное обеспечение при поставке. Машины рычажного типа 0Д-2-50 (50 тс, 500 кН) и ОД-2-5 (5 тс, 50 кН) были модернизированы совместно с Институтом промышленных технологий машиностроения Нижегородского государственного технического университета, результаты модернизации подробно изложены в статьях [6] и [7] соответственно.

В мае 2016 г. была установлена и исследована ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» новая силовоспроизводящая машина прямого нагружения МС-5ПН производства ООО «НПО «Мега Тонн Электронные Динамометры» с диапазоном воспроизведения силы от 10 Н до 5 кН и доверительными границами относительной суммарной погрешности не более ±0,01%. Данная машина по принципу действия аналогична эталонной установке ЭУ-0,5 из состава государственного первичного эталона единицы силы ГЭТ 32-2011 и позволяет поверять не только динамометры всех классов точности по ГОСТ 55223-2012 [2], включая 00, но и точно определять такие составляющие погрешности динамометра, как гистерезис и ползучесть вт.ч. и при проведении испытаний с целью утверждения типа (см. примечание 2 к пункту 6.4.2 ГОСТ Р 55223-2012 [2]).

Государственный эталон единицы крутящего момента силы 1 разряда 3.1.ZBH.1785.2014 прослеживается к государственному первичному эталону единицы крутящего момента силы ГЭТ 149-2010 согласно государственной поверочной схеме ГОСТ Р 8.752-2011 [8] и включает в свой состав эталонные рычаги с набором мер сил производства «Norbar Torque Tools Ltd.», Великобритания (регистрационный номер в качестве средства измерений в Федеральном информационном фонде 40491-09) и переносные измерители крутящего момента силы TTS, располагаемые в корпусе моментного ключа (регистрационный номер в качестве средства измерений в Федеральном информационном фонде 50734-12). К эталонным рычагам единица длины передаётся от средств измерений длины (например, трёхкоординатной измерительной машины), прослеживаемой к государственному первичному эталону единицы длины - метру ГЭТ 2-2010, согласно части 3 ГОСТ Р 8.763-2011 [9], через концевые меры длины 3 разряда. К мерам силы единица силы передаётся от рабочих эталонов единицы массы 4 разряда, прослеживаемых к государственному первичному эталону единицы массы (кг) ГЭТ 3-2008 согласно ГОСТ 8.021-2015 [10]. Относительная погрешность воспроизведения единицы крутящего момента силы с применением эталонных рычагов и мер силы составляет ±(0,02-0,04) %. Передача единицы крутящего момента силы может осуществляться как непосредственно от эталонного рычага с набором мер силы, так и через переносные измерители крутящего момента силы TTS, с относительной погрешностью не более ±0,1%.В 2016 году запланировано проведение межлабораторных сличений с участием установки 21429 из состава 3.1.ZBH. 1785.2014 (ФБУ «Нижегородский ЦСМ») и эталонной установки ЭУ-250 из состава ГЭТ 149-2010 (ФГУП «УНИИМ»).

Согласно ГОСТ Р 8.752-2011 [8], эталон 3.1.ZBH.1785.2014 позволяет передавать единицу крутящего момента силы к рабочим эталонам 2 разряда с относительной погрешностью ±0,25%. Программное обеспечение эталона, применяемое лабораторией при передаче размера единицы крутящего момента силы,позволяет одновременно регистрировать результаты измерений крутящего момента силы как входящего в состав эталона, так и поверяемого (калибруемого) измерителя, в том числе для исследования переходных и динамических процессов и калибровки в режимах близких к рабочим режимам калибруемых измерителей (моментомеров).

Среди средств измерений крутящего момента силы наиболее широкое распространение получили ключи моментные шкальные и предельные по ГОСТ Р 51254-99 [11], применяемые для нормированной затяжки резьбовых соединений во многих отраслях промышленности. Для их поверки и калибровки в ФБУ «Нижегородский ЦСМ» был создан государственный эталон единицы крутящего момента силы 2 разряда 3.1.ZEH. 1786.2014, состоящий из измерителей крутящего момента силы 2 разряда (моментомеров) МО производства ООО «ОРМЕТ», Е-ТР 8624-001 производства «Gedore Tool Center KG», ET-cal 1 производства «Torqueleader», MK-3000 и MK-200 производства ЗАО «Инструм-Рэнд», которые совместно с нагружающими устройствами образуют поверочные установки 2 разряда по ГОСТ Р 8.752-2011 [8]. Программное обеспечение эталона, созданное ЗАО «Инструм-Рэнд», не только обеспечивает связь измерителя крутящего момента с компьютером и регистрацию результатов измерений в удобном для восприятия виде, но и хранит функцию преобразования измерителя, определяемую в ходе его градуировки. Относительная погрешность воспроизведения крутящего момента силы эталоном не превышает ±0,5%, что позволяет осуществлять поверку самых точных ключей по ГОСТ Р 51254-99 [11] и ГОСТ Р 8.752-2011 [8] с относительной погрешностью ±2,0%. Ключи с относительной погрешностью менее ±2,0%, согласно ГОСТ Р 8.752-2011 [8], относятся к категории измерителей крутящего момента силы и должны поверяться не по МИ 2593-2000 [12], а по ГОСТ Р 8.796-2012 [13].

Совместный анализ ГОСТ 8.640-2014 [1] и ГОСТ Р 8.752-2011 [8] показал наличие в государственных поверочных схемах технических средств с одинаковыми метрологическими характеристиками, которые могут быть как средствами измерений, так и рабочими эталонами соответствующих разрядов. Примерами являются динамометры по ГОСТ 8.640-2014 [1] с относительными погрешностями ±(0,06-0,45) % (доверительными границами относительной суммарной погрешности для рабочих эталонов 2 разряда с теми же числовыми значениями) и измерители крутящего момента силы по ГОСТ Р 8.752-2011 [8] с относительными погрешностями ±(0,25-2,00) % (могут применяться в качестве рабочих эталонов 2 разряда). Поскольку согласно проекту [14], оценку соответствия средств измерений утвержденного типа, применяемых в качестве эталонов единиц величин, предполагается проводить по методике поверки на соответствие поверочным схемам, возникает необходи-мость изменений в подходах к построению поверочных схем, т. к. в подавляющем боль- А шинстве случаев методика поверки не по- ( зволяет сделать заключение о соответствии средства измерений определённому разряду (уровню) поверочной схемы. 

Во-первых, предлагается в наименовании поля поверочной схемы вместо слов «рабочий эталон к-го разряда» записывать «рабочий эталон (средство измерений) к-го разряда». Во-вторых, в соответствующем поле поверочной схемы приводить показатели точности соответствующие как рабочему эталону, так и средству измерений или для показателей точности рабочего эталона вводить контрольный допуск на поверку по отношению к показателю точности для средства измерений. Например, при описании показателей точности для динамометров, которые могут быть использованы в качестве рабочих эталонов 2-го разряда, предлагается указывать как значение доверительных границ относительной суммарной погрешности динамометра б, так и значение его относительной погрешности А.

Анализ измерительных возможностей промышленных предприятий региона показал необходимость качественного повышения точности воспроизведения единиц величин, и как следствие, оснащение ведущих в соответствующем виде измерений государственных региональных центров метрологии вторичными эталонами, воспроизводящими единицы величин теми же методами и обеспечивающими передачу единиц величин к тем же рабочим эталонам, что и первичные. Приобретение силовоспроизводящей машины прямого нагружения МС-5ПН и эталонных рычагов с набором мер сил, рассмотренных в настоящей статье, является первым шагом лаборатории промышленных измерений и испытаний на пути решения этой очень важной государственной задачи.

Список литературы

1. ГОСТ 8.640-2014 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений силы.

2. ГОСТ 55223-2012Динамометры. Общие метрологические и технические требования.

3. ГОСТ 28840-90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования.

4. ИСО 7500-1:2004 Материалы металлические. Верификация машин для статических испытаний в условиях одноосного нагружения. Часть 1. Машины для испытания на растяжение/сжатие. Верификация и калибровка силоизмерительных систем.

5. МИ 188-86 Государственная система обеспечения единства измерений. Средства измерений. Установление значений параметров методик поверки.

6. Синичкин С. Г, Костюнин Е. А., Червякова В. Г, Савровский К. К. Автоматизированное рабочее место поверителя динамометров // Измерительная техника. - 2002. - №10. С. 69-71.

7. Синичкин С. Г, Костюнин Е.А., Демин А.П., Червякова В. Г, Савровский К. К. Компьютерная система управления силоизмерительной машиной // Измерительная техника. - 2009. - № 3. С. 39-41.

8. ГОСТ Р 8.752-2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений крутящего момента силы.

9. ГОСТ Р 8.763-2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений длины в диапазоне от 1-10 9 до 50 м и длин волн в диапазоне от 0,2 до 50 мкм.

10. ГОСТ 8.021-2015 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений массы.

11. ГОСТ Р 51254-99 Инструмент монтажный для нормированной затяжки резьбовых соединений. Ключи моментные. Общие технические условия.

12. МИ 2593-2000 2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Ключи моментные. Методика поверки.

13. ГОСТ Р 8.796-2012 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерители крутящего момента силы. Методика поверки.

14. Федеральный портал проектов нормативных правовых актов. Проект Постановления Правительства Российской Федерации. Об эталонах единиц величин, используемых в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, http://regulation.gov.ru/projects#npa=46851.

Добавить комментарий


Главная страница » Каталог статей » Статьи о МО » Гладышев Е.Е., Савровский К.К.., Стрелков Д.Е., "Метрологическое обеспечение измерений силы и крутящего момента силы на примере эталонов ФБУ "Нижегородский ЦСМ"