CC BY
129
УДК 681.26
А.А. Коллер, И.Г. Цибин, В.Я. Черепанов ФГУП СНИИМ, Новосибирск
К ВОПРОСУ О ПРОВЕДЕНИИ ИСПЫТАНИЙ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ ВЕСОВ В ДИАПАЗОНЕ РАБОЧИХ ТЕМПЕРАТУР
Утверждение типа средств измерений является видом государственного метрологического контроля и проводится в целях обеспечения единства измерений в стране. Решение об утверждении типа принимается Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии по результатам испытаний, проводимых государственными центрами испытаний средств измерений (ГЦИ СИ). При испытаниях средств измерений для целей утверждения типа проверяют их соответствие технической документации и метрологических, а так же технических характеристик средств измерений требованиям распространяющихся на них нормативных и эксплутационных документов.
Одним из сложных в реализации вопросов является подтверждение сохранности метрологических характеристик весоизмерительных устройств в диапазоне температур. Если для торговых, складских, крановых и других типов весов эта задача решается помещением испытываемых весов в термо-крио-камеры, то для весов с большими пределами измерений и габаритами (автомобильные и вагонные весы, для взвешивания в статике и динамике -большегрузные весы, далее БВ) эта задача в большинстве случаев не может быть решена подобным образом.
В мировой практике диапазон рабочих температур БВ, как правило, не превышает -10 ... +40 °С. При этом огромный практический опыт их эксплуатации позволяет ограничиться проведением однократных испытаний, а диапазон рабочих температур подтверждать расчетным способом на основе результатов испытаний модулей, из которых состоят весы, как изложено в [2].
Для климатических условий России необходимо расширять диапазон рабочих температур вновь утверждаемых типов БВ в сторону отрицательных значений вплоть до -50 °С.
Кроме того, необходимо отметить следующие аспекты отечественного проектирования и производства БВ в настоящий момент, которые делают вопрос о проведении испытаний БВ в диапазоне рабочих температур особенно актуальным.
Как было отмечено в [1], более 70% новых типов БВ (в особенности единичных экземпляров) представляют на испытания небольшие фирмы, не имеющие собственной производственной базы и средств метрологического обеспечения, а самое главное - профессиональных кадров. Вследствие этого отсутствует тщательная проработка конструкции весов, не проводятся необходимые испытания на стадии разработки, упрощаются конструкции весов, зачастую повторно используются металлоконструкции выработавших свой ресурс механических весов.
Наиболее достоверным способом подтверждения метрологических характеристик большегрузных весов в диапазоне рабочих температур являются натурные испытания в летнее-зимний период в условиях естественной эксплуатации. В ходе таких испытаний не допускается какое-либо вмешательство в метрологические характеристики весов с целью их корректировки. Проведение подобных испытаний случается достаточно редко, чаще в регионах Урала и Сибири. Высокая стоимость подобных испытаний и их большая продолжительность приводят как разработчиков, так и организации, проводящие испытания, к другим подходам.
Один из этих подходов изложен в МР 76 МОЗМ [2].
Суть метода заключается в разделении исследуемых БВ на составляющие модули, каждый из которых, по отдельности, испытывается или уже был испытан в диапазоне рабочих температур. Этот метод должен применяться в следующих случаях:
- Когда проведение испытаний прибора в целом является сложным или невозможным,
- Когда модули изготавливаются и/или поставляются для продажи как отдельные встраиваемые в прибор единицы,
- Когда заявитель хочет иметь набор модулей, включаемых в утверждаемый тип.
Типовыми модулями являются:
- Силоизмерительные датчики;
- Весоизмерительные приборы (вторичные электронные блоки);
- Связующие элементы, электрические и механические.
Метод применим, если выполнены нижеследующие условия.
Пределы погрешностей модуля М; при его отдельном исследовании составляют долю р; предельно допускаемых погрешностей БВ в целом. Эти составляющие погрешности каждого модуля должны относиться к одному классу точности (сравнимому числу поверочных делений), что и исследуемые БВ в целом.
Составляющие погрешности р; должны удовлетворять следующему соотношению:
Р12 + Р22 + Рз2 + ••• ^ 1-
Рекомендуется, чтобы у каждого модуля составляющая погрешности р; не превышала 0,7 и не была менее 0,3.
Для удобства пользования в МР76 приводится таблица соответствия, согласно которой, если доли р; погрешности каждого из модулей не превышают указанных в ней значений, то условие выполнено.
Таблица 1
Эксплуатационные критерии
Силоизмерительн ый датчик
Электронный
индикатор
Связующие элементы и т.д.
Комбинированное воздействие * Влияние температуры при нулевом показании
Колебание напряжения питания Дрейф
Влажный нагрев__________________
0.7
0.7
1
0.7
0.5
0.5
1
0.5
0.5
0.5
0.5
(*) Комбинированное воздействие: нелинейность, гистерезис, влияние температуры на диапазон измерений. После прогрева, продолжительность которого устанавливается изготовителем, составляющие погрешности при комбинированном воздействии относят к модулям.
______Знак “ -” означает “ не применим”._______________________________________________
Гармонизировать метод, изложенный в [2], и российские нормативные документы, регламентирующие разработку, производство и эксплуатацию средств измерений больших масс, призвана разработанная и утвержденная во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологической службы (ВНИИМС) программа [3]. Необходимость разработки этого документа была обусловлена невозможностью непосредственного применения положений [2] из-за несовпадения номенклатуры параметров БВ и используемых в них элементов.
В соответствии с [3], для весов с интервалом температур грузоприемного устройства (Tr,max - Tr,min) > 15 °С процессе испытаний в диапазоне рабочих температур определяют следующие составляющие погрешности весов, связанные с:
- Метрологическими характеристиками весоизмерительных тензорезисторными датчиков;
- Изменениями линейных размеров грузоприемного устройства с грузоприемной платформой и фундамента или основания, на котором установлено грузоприемное устройство, при изменении температуры окружающего воздуха;
- Изменением сопротивления проводов линии связи весоизмерительных тензорезисторных датчиков с весоизмерительным прибором при изменении температуры окружающего воздуха;
- Метрологическими характеристиками весоизмерительного прибора.
Хотя подавляющее большинство испытаний для целей утверждения типа БВ в части подтверждения диапазона рабочих температур проводятся именно по [3], многие положения программы требуют дополнительных исследований.
Так, в частности, открыт вопрос о неравномерном изменении температуры различных частей БВ. При расчете изменения линейных размеров грузоприемного устройства делается предположение, что все части
БВ принимают температуру окружающего воздуха, в то время как в зависимости от конструкции весов закладные рамы и близкие к фундаменту конструкции будут иметь более низкую температуру по сравнению с грузоприемной платформой.
Недостатком метода, изложенного в [3], можно назвать и сложность расчетов по предлагаемой методике, которая делает возможными различные трактовки требований, предъявляемых к результатам и исходных данным для такого расчета, а также недостаточность экспериментальных данных, подтверждающих справедливость метода.
Следует отметить, что в распоряжении представителей организации, проводящей испытания, как правило, имеются лишь крайне скудные и несистематизированные данные об изменении метрологических характеристик БВ в процессе их эксплуатации.
В связи с вышесказанным, требуется проведение дополнительных экспериментальных исследований изменения метрологических характеристик компонентов (модулей) БВ при влиянии на них предельных значений температуры и градиентов температуры в элементах конструкции БВ. В частности, испытания весоизмерительных датчиков, встраиваемых в весы одновременно при воздействии температуры и невертикальном приложении к ним нагрузки, вызванной изменениями линейных размеров грузоприемного устройства при этой температуре. При этих испытаниях может быть исследована вся измерительная цепь (датчики - соединительные кабели - вторичная аппаратура), при температурах, близких к температурам эксплуатации БВ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Цибин И.Г., Тюменцева С.П., Варгасова Э.В.//Измерительная техника. - 2004. -№8. - С.14-17.
2. OIML R76. Non-automatic weighing instruments / Международная рекомендация МОЗМ, 1992.
3. «ТПР 153 - 02. Типовая программа испытаний для целей утверждения типа весов большегрузных для статического взвешивания, работающих в широком диапазоне температур.», ВНИИМС, Москва, 2004.
© А.А. Коллер, И.Г. Цибин, В.Я. Черепанов, 2006
