CC BY
61
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА И СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ НА ТЕМПЕРАТУРУ КОНСТРУКЦИЙ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ ВЕСОВ
Александр Анатольевич Коллер
Федеральное государственное унитарное предприятие «Сибирский государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт метрологии», 630004, Россия, г. Новосибирск, пр. Димитрова, 4, инженер отдела «Масса. Сила», тел. (383) 210-12-06, e-mail: koller@sniim.nsk.ru
Виктор Яковлевич Черепанов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры «Метрология, стандартизация и сертификация», тел. (383) 361-07-45, e-mail: cherepanov73@mail.ru
В статье рассмотрено исследование изменений температуры различных частей конструкции большегрузных автомобильных и железнодорожных весов, установленных на открытом пространстве и работающих в климатическом диапазоне температур Западной Сибири.
Ключевые слова: измерения массы, большегрузные весы, диапазон рабочих температур.
INFLUENCE OF AIR TEMPERATURE AND SOLAR RADIATION ON TEMPERATURE OF DESIGNS OF HEAVY-LOAD SCALES
Alexander A. Roller
Siberian State Scientific Research Institute of Metrology (FSUE «SNIIM»), 630004, Russia, Novosibirsk, pr. Dimitrova, 4, engineer of department «mass and force measuring», tel. (383) 210-12-06, e-mail: koller@sniim.nsk.ru
Viktor Ya. Cherepanov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, Ph-doctor, professor, department of metrology, standardization and certification, tel. (383) 361-07-45, e-mail: cherepanov73@mail.ru
In article research of changes of temperature of various parts of the heavy-load automobile and railway scales established on open space and used in the climatic range of temperatures of Western Siberia is considered.
Key words: mass measuring, heavy-load scales, range of working temperatures.
Измерения массы с применением большегрузных весов имеют важное значение для взаимоотношений юридических и физических лиц и являются важной составляющей обеспечения единства измерений в стране. Под большегрузными весами имеются в виду, как правило, автомобильные и вагонные весы для взвешивания в статике и динамике. Как отмечалось в [1] в последние несколько лет произошли значительные изменения в нормативной базе, устанавливающей требования к метрологическим и техническим характеристикам весов для статического взвешивания и требования к методам проведения испытаний весов. С января 2010 г. вступил в силу ГОСТ Р 53228 - 2008 «Весы неавтоматического действия. Метрологические и технические требования. Испытания» [2]. Дан-
ный стандарт представляет собой модифицированный текст Международной рекомендации МОЗМ 76 [3].
В соответствии с новым стандартом фактически вдвое уменьшены пределы допускаемой погрешности весов при проведении их поверок. В связи с этим еще более остро встал вопрос о повышении точности подобных средств измерений. Одним из важных факторов метрологической надежности средств измерений является сохранение ими метрологических характеристик в диапазоне рабочих температур. Особенно этот фактор важен с учетом климатических особенностей нашей страны, в целом, а регионов Сибири, в частности. Как правило, изготовители большегрузных весов устанавливают диапазон температур от минус 50 °С до плюс 50 °С. При этом стандартной температурой для стран Европы является диапазон от минус 10 °С до плюс 40 °С, что отражено и в [3], и, как следствие, в [2]. Нормативная документация, устанавливающая требования к весам, используемым на территории Российской Федерации в сферах, установленных законом «Об обеспечении единства измерений» [4], не содержит требований к дополнительным составляющим погрешности, возникающим под влиянием изменения температуры. Поэтому предполагается, что во всем установленном диапазоне рабочих температур весы будут сохранять свои метрологические характеристики.
Соответствие технических и метрологических характеристик средств измерений требованиям технических условий и распространяющихся на них нормативных и эксплуатационных документов устанавливается. При испытаниях средств измерений для целей утверждения их типа. В частности, проверяется соответствие метрологических характеристик средств измерений в заявленном изготовителем диапазоне рабочих температур.
Как отмечалось в [5], для весов с большими пределами измерений и габаритами подобная проверка не может быть выполнена путем помещения данных средств измерений в испытательные термо-крио-камеры, а натурные испытания, вследствие высокой стоимости и практически непредсказуемой продолжительности, поставят вопрос о рентабельности производства таких средств измерений. В этом случае используется расчетный (модульный) метод, который подробно рассматривался в [5].
Автомобильные или железнодорожные весы, как правило, состоят из грузоприемного устройства с весоизмерительными датчиками и программнотехнического комплекса, который обрабатывает сигналы от датчиков, представляет результаты взвешивания в удобной для оператора форме, а также может архивировать эти результаты и вести их дальнейшую обработку. Г рузопри-емное устройство может представлять собой одну или несколько грузоприемных платформ. Каждая такая платформа опирается на несколько весоизмерительных датчиков. Весы чаще всего устанавливают на бетонное основание, которое представляет собой параллелепипед, аналогичный или больший по площади грузоприемному устройству и имеющий бетонные тумбы, на которые опираются узлы встройки весоизмерительных датчиков.
С тензорезисторными датчиками - одним из основных модулей практически всех современных весов, связаны два аспекта влияния температуры на точность проводимых измерений:
- изменение коэффициента преобразования датчиков;
- невертикальное приложение нагрузки к датчикам (невертикальное положение датчиков), вызванное изменениями линейных размеров грузоприемного устройства с грузоприемной платформой и фундамента или основания, при изменении температуры различных элементов конструкции весов [6].
В связи с этим возникает вопрос о связи температуры различных частей конструкции с температурой окружающего воздуха. Также очевидно, что необходимо учитывать солнечную радиацию, как причину изменения температуры некоторых частей весов. Модульный метод, изложенный в [2] и [3] предполагает, что элементы конструкции весов принимают температуру окружающего воздуха или температуру, не выходящую за их пределы.
Для проверки этого предположения проведен эксперимент, объектом которого стали весы автомобильные для статического взвешивания марки «РЕ-КОН», установленные на территории сельскохозяйственного предприятия в Алтайском крае. Максимальная нагрузка весов составляет 60 ООО кг, габаритные размеры грузоприемного устройства (15 х 3) м.
Для измерения температуры использовался измеритель температуры многоканальный прецизионный «Термоизмеритель ТМ-12» и термометры сопротивления ПТСВ-1-2. Термометры сопротивления были закреплены на различных элементах конструкции весов, а именно:
точка 1 - находился в свободном состоянии, измерял температуру воздуха; точка 2 - на весоизмерительном датчике;
точка 3 - на нижней поверхности грузоприемной платформы весов; точка 4 - на балке поперечной, непосредственно под платформой; точка 5 - на балке продольной, идущей через всю конструкцию весов; точка 6 - на закладной пластине под узлом встройки датчика; точка 7 - на тумбе основания; точка 8 - на поверхности основания весов.
Полученные значения температуры на некоторых временных отрезках представлены в таблице 1.
Как видно из результатов измерений, температура грузоприемной платформы зависит скорее от солнечной радиации, чем от температуры окружающего воздуха. Максимальное значение температуры нижней поверхности грузоприемной платформы составило 38,11 °С, в тот же момент времени температура воздуха составляла лишь 12,46 °С и за все время измерений она не поднималась выше 15,00 °С. Температура нижней поверхности платформы при максимально благоприятном для ее нагрева положении Солнца превышала температуру окружающего воздуха на 25 °С. Поперечная балка весов, находящаяся непосредственно под платформой, прогревалась постепенно и после 13:00 ее температура на каждом измерении на 5-6 °С превышала температуру воздуха. Температура весоизмерительного датчика и продольной балки в течение процесса измерений были сравнимы с температурой окружающего весы возду-
ха, температура закладной и основания была ниже температуры воздуха. При этом, например, температура поверхности основания изменилась за время измерений на 2 °С, а температура грузоприемной платформы - на 25 °С.
Таблица 1
Значения температуры на некоторых временных отрезках
Время снятия показаний Точки крепления термометров сопротивления
1 2 3 4 5 6 7 8
Значения температуры, °С
10:45 7,68 7,18 13,84 8,60 6,98 6,41 5,52 4,68
11:15 8,75 7,48 18,03 8,98 7,29 6,72 5,68 4,86
11:45 9,99 8,44 25,03 10,96 8,27 7,70 6,19 5,46
13:20 12,46 10,59 38,11 17,55 11,13 10,14 7,67 6,46
14:00 11,66 11,21 29,09 19,25 12,19 10,51 7,95 6,74
15:00 12,48 11,46 29,24 19,39 12,78 10,71 8,19 6,88
15:30 13,60 11,77 34,60 19,53 13,10 10,90 8,47 6,82
16:00 14,24 11,41 31,79 19,68 13,24 10,72 8,60 6,78
16:30 13,32 12,44 20,01 18,40 13,32 10,90 8,64 6,81
Из полученных результатов можно сделать вывод, что элементы конструкции весов могут принимать температуру значительно выше температуры воздуха, при этом суточные изменения температуры различных частей конструкции существенно отличаются друг от друга. Таким образом, расчет изменения линейных размеров элементов конструкции, производимый из крайних значений диапазона рабочих температур окружающего воздуха (окружающей среды), следует признать некорректным. Исследование изменений температуры различных частей конструкций большегрузных весов и, как следствие, возможных смещений узлов встройки весоизмерительных датчиков и отклонений вектора ввода силы от оси датчика, позволит повысить точность измерений массы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коллер, А.А. Вопросы внедрения новой нормативной базы в области испытаний средств измерений массы / А.А. Коллер // Сб. материалов VI Международного конгресса «ГЕ0-Сибирь-2010». - С. 107-111.
2. ГОСТ Р 53228-2008. Весы неавтоматического действия. Метрологические и технические требования. Испытания. - М.: Изд-во стандартов, 2008.
3. МР 76 МОЗМ. Неавтоматические весоизмерительные приборы. Метрологические и технические требования. Испытания.
4. Российская Федерация. Законы. Об обеспечении единства измерений: Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ. - М.: Изд-во стандартов, 2008. - 21 с.
5. Коллер, А.А. Состояние вопроса о методах испытаний тензорезисторных датчиков с учетом условий их работы в составе большегрузных весов / А.А. Коллер, И.Г. Цибин, В.Я. Черепанов // Измерительная техника. - 2009. - №11. - С.10 - 14.
6. Коллер, А.А. Методы определения зависимости показаний силоизмерительных устройств от вектора приложения нагрузки / А.А. Коллер, А.И. Каленицкий, В.Я. Черепанов // Сб. материалов VIII Международного конгресса «ГЕО-Сибирь-2012». - С. 144-148.
© А.А. Коллер, В.Я. Черепанов, 2013
