CC BY
29
Метрология и метрологическое обеспечение
УДК 006:528.026 А.Н. Теплых СГГ А, Новосибирск
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АТТЕСТАЦИИ МЕР СИЛЫ С ПОМОЩЬЮ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛИНЫ
В данной статье предлагается методика аттестации эталонных мер силы с применением средств измерений длины, которые позволят получить дистанционно высокоточные и достоверные результаты измерений, исключающие субъективную погрешность и позволяющие автоматизировать эту операцию.
сила, меры силы, цифровые нивелиры, лазерный интерферометр.
A.N. Teplykh SSGA, Novosibirsk
THE DEVELOPMENT OF THE METHOD OF THE MEASURES OF FORCE CERTIFICATION WITH THE HELP OF THE MESURES OF LENGTH
In this article the method of standard measure of force certification with the help of the measures of length is suggested, which will allow to get remotely high-precision and reliable measurements and to automatize this process, excluding human error.
force, measures of force, digital levelling instruments, laser interferometer.
В настоящее время повышение точности измерений силы и массы потребовалось в нефтяной, газовой промышленности и других отраслях народного хозяйства, где были разработаны приборы для определения натяжения стальных канатов, особенно при бурении и капитальном ремонте скважин и других работах. Примером таких приборов являются так называемые «индикаторы веса». Для обеспечения точности и правильности результатов измерений эти приборы обычно поверяются на гидравлических разрывных машинах типа МР-500, которые, в свою очередь, также должны быть аттестованы и поверены. Для обеспечения достоверности результатов измерений машины типа МР-500 подвергаются поверке с помощью эталонных динамометров третьего разряда, которые, в свою очередь, аттестовываются на эталонных силоизмерительных машинах второго разряда. Однако очевидными недостатками данных способов поверки является технологическая и приборная сложность систем, а также наличие субъективной погрешности измерений, связанной с индивидуальными особенностями и психофизическим состоянием поверителя. Для выполнения аттестации мер силы нами предложена методика определения метрологических характеристик эталонных динамометров с применением высокоточного цифрового нивелира. В тех случаях, когда необходимо определить начало или ход деформационных процессов с дискретностью 0,001 мм, в качестве измерителя перемещений предлагается использовать лазерный интерферометр [1].
112
Метрология и метрологическое обеспечение
Выполнять аттестацию мер силы можно одновременно с помощью цифрового нивелира и лазерного интерферометра. В этом случае в небольшом интервале можно будет определить внутришаговую короткопериодическую ошибку цифрового нивелира. Ошибку измерения в заданном диапазоне получаем путем сравнения результатов измерений нивелира с эталонным значением величины [2].
При реализации разработанной методики должны соблюдаться жесткие требования к параметрам нормальных условий (температуре, давлению, влажности). Если интерферометр или нивелир будут находиться в условиях, где режим температуры отличается от нормативного, то перед реализацией предложенной методики приборы необходимо выдерживать в помещении при температуре окружающего воздуха 20 °С не менее 2 часов.
При аттестации эталонных мер силы необходимо получение информации об их динамике в различных точках исследуемого диапазона нагрузки силоизмерительной машины. Принципиальная схема методики определения деформации опытных образцов с применением средств измерений длины представлена на рис. 1. На эталонной силоизмерительной машине второго разряда 1 закрепляется в захваты опытный образец 2 или он устанавливается на катковую опору 3. Затем на жестком основании устанавливается высокоточный цифровой нивелир на расстоянии от исследуемого оборудования не менее 2 м. При необходимости на этом же основании может размещаться лазерный интерферометр, а в измерительном плече устанавливаются призма 6 и два уголковых отражателя 5 и 8. Далее на подвижной траверсе эталонной машины с помощью металлической скобы 4 закрепляется штрих-кодовая рейка 7. Перед началом пуска силоизмерительной машины включается персональный компьютер и запускается программное обеспечение интерферометра 9. Затем проверяется работоспособность интерферометра и обнуляются его показания.
Рис. 1. Принципиальная схема методики определения деформации опытных образцов с применением средств измерений длины
113
Метрология и метрологическое обеспечение
После этого силоизмерительной машиной создается усилие натяжения (сжатия). С целью исключения всех люфтов в механическом соединении образца с машиной начальное измерение производится при силе натяжения (сжатия) в 5 кН. В случае применения других машин значение минимальной нагрузки может быть другим. Взятие отсчетов по рейке нивелиром 10 и измерение длины опытного образца лазерным интерферометром производится через определенные интервалы нагрузки (5, 10 или 50 делений, в зависимости от используемой силоизмерительной машины). При максимальном растяжении (сжатии) эталонных образцов отсчет нивелиром или интерферометром снимается дважды при прямом и обратном ходе силоизмерительной машины. Затем в этом же диапазоне производится раз-гружение машины до начального измерения со снятием отсчета по рейке цифровым нивелиром или лазерным интерферометром в каждой точке диапазона и с записью результатов измерений в памяти используемых приборов. По окончанию эксперимента результаты измерений сохраняются на карте памяти USB.
Данная методика аттестации эталонных мер силы позволяет получить достоверные результаты исследований, застрахованные от субъективной ошибки, а также возможного их умышленного изменения. Кроме того, лазерная интерферометрическая измерительная система при равномерном нагружении машины позволит выявить подробную картину изменения величины деформации чувствительного элемента эталонных динамометров, а также величину деформации сложных элементов конструкций изделий, в том числе эталонных динамометров первого разряда. Однако следует отметить, что, несмотря на высокую точность, данная методика имеет ограниченное применение в силу следующих причин:
- высокая стоимость метрологического интерферометрического комплекса;
- недостаточная мобильность использования комплекса;
- технологическая и приборная сложность данной системы.
Поэтому методику с применением лазерного интерферометра рационально применять для измерений величины растяжения (сжатия) при аттестации эталонов первого разряда.
Таким образом, предложенная методика определения метрологических характеристик силоизмерительных приборов позволяет автоматизировать процесс поверки средств измерений (СИ). Кроме того, применение мер силы, аттестованных с помощью измерителей линейных перемещений, дает возможность повысить точность передачи размеров единицы силы. Предлагаемая методика позволит исключить из практики аттестации несовершенный системный подход при аттестации эталонов и внедрить в процесс поверки меры силы (эталоны сравнения), основными преимуществами которых по сравнению с существующими методами являются: исключение субъективной погрешности в результатах измерений, высокая точность и мобильность при их использовании. Предлагаемая локальная поверочная схема для средств измерений силы с применением высокоточных средств измерений длины (показано утолщением) представлена на рис. 2. Для данной поверочной схемы предложены в качестве исходных средств измерений меры первого разряда по Г осударственной поверочной схеме для СИ длины (ГСИ МИ 2060-90).
114
Метрология и метрологическое обеспечение
Рис. 2. Локальная поверочная схема для средств измерений силы с применением высокоточных средств измерений длины
115
Метрология и метрологическое обеспечение
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коронкевич, В.П. Современные лазерные интерферометры / В.П. Коронкевич,
В.А. Ханов. - Новосибирск: Наука, 1985. - 179 с.
2. Голыгин, Н.Х. Исследование внутришаговой короткопериодической погрешности цифрового нивелира DiNi 10 / Н.Х. Голыгин, Д.А. Шаимкулов // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2003. - № 5. - С. 106-116.
Получено 14.05.2010
© А.Н. Теплых, 2010
116
