Методика поверки «ГСИ. АКСЕЛЕРОМЕТРЫ СЕРИИ 1С» (А3009.0364.МП-2020)

Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом» Федеральное государственное унитарное предприятие РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

ЦЕНТР ИСПЫТАНИЙ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»

Уникальный номер записи об аккредитации в реестре аккредитованных лиц RA.RU.311769

пр. Мира, д. 37, г. Саров, Нижегородская обл., 607188 Телефон 83130 22224 Факс 83130 22232 E-mail: nio30@olit.vniief.ru

Руководитель ЦИ СИ

«2 / »     6  2021 г.

Государственная система обеспечения единства измерений АКСЕЛЕРОМЕТРЫ СЕРИИ 1С

Методика поверки

А3009.0364.МП-2020

• 1  РАЗРАБОТАНА: Федеральное Государственное унитарное предприятие «Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»)

• 2 УТВЕРЖДЕНА: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» 16 октября 2020 года.

• 3 Изменение №1 согласованно ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» 21 июня 2021 года.

• 4 Методика поверки А3009.0364.МП-2020 с изменением №1 распространяется на все акселерометры серии 1С находящиеся в эксплуатации.

• 1  Общие положения

• 2  Перечень операций поверки

• 3  Требования к условиям проведения поверки

• 4  Требования к специалистам, осуществляющим поверку

• 5  Метрологические и технические требования к средствам поверки

• 6  Требования по обеспечению безопасности проведения поверки

• 7  Внешний осмотр

• 8  Подготовка к поверке и опробование

• 9  Определение метрологических характеристик

• 10 Подтверждение соответствия метрологическим требованиям

• 11 Оформление результатов поверки

Приложение А (справочное) Структура обозначений акселерометров

Приложение Б (справочное) Конструктивные особенности акселерометров.... 14 Приложение В (справочное) Перечень документов, на которые даны ссылки

в тексте МП

Приложение Г (справочное) Перечень принятых сокращений

Приложение Д (справочное) Расчет неравномерности частотной

характеристики по результатам измерений установочного резонанса

Приложение Е (справочное) Пример записи на оборотной стороне

свидетельства

Настоящая методика поверки (далее по тексту - МП) распространяется на акселерометры серии 1С.

Акселерометры серии 1С (далее по тексту - акселерометр) предназначены для измерений вибрационных и ударных ускорений.

Принцип действия акселерометров основан на прямом пьезоэлектрическом эффекте, заключающемся в генерации электрического сигнала, пропорционального воздействующему ускорению.

Конструктивно акселерометры представляют собой пьезокерамический или пьезокристаллический чувствительный элемент, инерционную массу, сигнальные выводы и разъём, заключённые в металлический корпус. Акселерометры условно делятся на: акселерометры общего назначения - 1С1; промышленные акселерометры - 1С2; ударные акселерометры 1СЗ; высокочувствительные акселерометры - 1С4.

Модификации акселерометров различаются амплитудным и частотным диапазонами измерений, коэффициентом преобразования, количеством измерительных осей, способом закрепления на объекте, типом выхода, материалом корпуса. Структура обозначений акселерометров приведена в приложении А. Конструктивные особенности акселерометров приведены в приложении Б.

Поверяемые средства измерений прослеживаются к государственным первичным эталонам в соответствии с ГПС, утверждённой приказом Росстандарта от 27 декабря 2018 г. № 2772 и ГОСТ 8.137-84.

МП устанавливает методику первичной и периодической поверок акселерометров. Первичной поверке акселерометры подвергаются при выпуске из производства. Организация и проведение поверки в соответствии с действующими нормативными документами.

При проведении периодической поверки допускается сокращать проверяемые частотный и амплитудный диапазоны акселерометра в соответствии с потребностями владельца СИ, при этом в свидетельстве о поверке должна быть сделана запись об ограничении использования режимов (диапазонов) измерений.

Межповерочный интервал - 3 года.

Перечень документов, на которые даны ссылки в тексте МП, приведен в приложении В.

Перечень принятых сокращений приведен в приложении Г.

• 2.1 При проведении поверки, должны быть выполнены операции, указанные в таблице 1.

• 2.2  При получении отрицательного результата какой-либо операции поверки дальнейшая поверка не проводится, и результаты оформляются в соответствии с 11.2.

Таблица 1- Перечень операций при поверке

При проведении поверки должны быть соблюдены следующие условия:

• - температура окружающего воздуха от 18 до 25 °C;

• - относительная влажность окружающего воздуха не более 80 %;

• - атмосферное давление от 84 до 106 кПа (от 630 до 795 мм рт.ст.);

• - напряжение питающей сети от 207 до 253 В;

• - частота питающей сети от 49,5 до 50,5 Гц.

К проведению поверки допускается персонал, изучивший ЭД на акселерометр, данную МП и имеющий опыт работы с оборудованием, перечисленным в таблице 2.

• 5.1  При проведении поверки применяют СИ и оборудование, приведенные в таблице 2.

• 5.2  Допускается использовать другие СИ и оборудование, обеспечивающие требуемые диапазоны и точности измерений.

• 5.3 Все применяемые СИ должны быть поверены в соответствии с действующими нормативными документами и иметь действующие свидетельства о поверке.

Таблица 2 - Перечень СИ и оборудования, применяемых при поверке

• 6.1 При проведении поверки необходимо руководствоваться «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок». Меры безопасности при подготовке и проведении измерений должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.007.0.

• 6.2  При проведении поверки должны быть выполнены все требования безопасности, указанные в ЭД на акселерометр, средства поверки и испытательное оборудование.

Все используемое оборудование должно иметь защитное заземление.

• 7.1 При внешнем осмотре необходимо установить:

• - соответствие маркировки изделия требованиям ЭД;

• - соответствие заводского номера паспортным данным;

• - целостность корпуса акселерометра;

• - состояние посадочных поверхностей (отсутствие вмятин, царапин, зади ров, повреждений резьбы);

• - отсутствие повреждений соединительных жгутов и разъёмов.

• 7.2 При наличии вышеуказанных дефектов испытания не проводят до их устранения. Если дефекты устранить невозможно, акселерометр бракуют.

• 8.1 Подготовка к поверке

  • 8.1.1 Перед проведением поверки и опробованием подготавливают СИ и оборудование к работе в соответствии с ЭД на них. При колебаниях температур в складских и рабочих помещениях в пределах более 10 °C необходимо выдержать полученный со склада акселерометр не менее двух часов в нормальных условиях.

  • 8.1.2 Проверяют наличие действующих свидетельств о поверке на СИ, а также соответствие условий поверки разделу 3.

  • 8.1.3 Перед проведением измерений снимают статический разряд с поверяемого акселерометра путем короткого замыкания сигнальных контактов (выводов) соединительного кабеля с корпусом соединителя.

• 8.2 Опробование

  • 8.2.1 Проверка электрического сопротивления изоляции

    • 8.2.1.1 Электрическое сопротивление изоляции измеряют с помощью мегаомметра любого типа, например, Е6-17, подключаемого к соединителю акселерометра через ответную часть соединителя при испытательном напряжении (100±20)В.

    • 8.2.1.2 Акселерометр считают прошедшим проверку, если электрическое сопротивление изоляции между контактами составляет:

• - для всех акселерометров (кроме 1С201НА-ХХ, 1С202НА-ХХ) не менее 1000 МОм;

• - для 1С201НА-ХХ, 1С202НА-ХХ не менее 20 МОм.

• 8.2.2 Проверка электрической емкости

  • 8.2.2.1 Электрическую емкость измеряют с помощью измерителя любого типа, например, LCR-7819, подключаемого к соединителю акселерометра через ответную часть соединителя при испытательном напряжении не более 10 В.

  • 8.2.2.2 Акселерометр считают прошедшим проверку, если электрическая емкость составляет не менее 200 пФ.

• 8.3 Проверка работоспособности

  • 8.3.1 Проверку проводят на установке вибрационной поверочной. Акселерометр устанавливают сверху эталонного вибропреобразователя установки через технологический переходник. Рабочая ось испытуемого акселерометра должна совпадать с рабочей осью эталонного вибропреобразователя. Включают и прогревают измерительные приборы в соответствии с ЭД на них.

  • 8.3.2 Воспроизводят на частоте (200±20) Гц уровень СКЗ виброускорения не менее 10 м/с^- (для акселерометров 1СЗ не менее 100 м/с²).

  • 8.3.3 Акселерометр считают работоспособным, если уровень выходного сигнала превышает уровень помех не менее чем в 10 раз (20 дБ).

• 9.1 Проверку действительного значения коэффициента преобразования

  • 9.1.1 Проверку коэффициента преобразования проводят на установке вибрационной поверочной. Акселерометр устанавливают сверху эталонного вибропреобразователя установки через технологический переходник. Рабочая ось испытуемого акселерометра должна совпадать с рабочей осью эталонного вибропреобразователя. Задают колебания на базовой частоте (200±2) Гц с ускорением не менее 10 м/с² (для акселерометров 1СЗ не менее 100 м/с²) и измеряют выходной сигнал испытуемого и эталонного каналов.

Коэффициент преобразования К, пКл/(м-с’²), определяют по формуле где U - величина выходного напряжения испытуемого канала, мВ;

А о - величина воздействующего ускорения, измеренная по эталонному каналу, м/с²;

К_ус- коэффициент усиления усилителя испытуемого акселерометра, мВ/пКл.

• 9.1.2 Акселерометр считают прошедшим проверку, если действительный коэффициент преобразования находится в пределах:

• - ±20 % от номинального значения для акселерометров 1С1, 1С2; 1С4;

• - ±30 % от номинального значения для акселерометров 1СЗ.

• 9.2 Проверка амплитудного диапазона и нелинейности амплитудной характеристики

  • 9.2.1 Проверку амплитудного диапазона и нелинейности амплитудной характеристики проводят в соответствии с 10.14 ГОСТ Р 8.669. При ускорениях свыше 400 м/с² рекомендуется использовать ударную установку, например, установку К9525С.

  • 9.2.2 Для акселерометров 1СЗ допускается проверку амплитудного диапазона и нелинейности амплитудной характеристики проводить в соответствии с МИ 1826.

Примечание - При поверке акселерометров 1СЗ по МИ 1826 проверку амплитудного диапазона и нелинейности амплитудной характеристики допускается проводить в требуемом диапазоне амплитуд.

• 9.2.3 Акселерометр считают прошедшим проверку, если нелинейность амплитудной характеристики находится в пределах:

• - ±4 % для акселерометров 1С1, 1С2 и 1С4;

• - ±4 % для акселерометров 1СЗ в диапазоне до 100000 м/с² включительно;

• - ±7 % для акселерометров 1СЗ в диапазоне свыше 100000 м/с².

• 9.3 Проверка частотного диапазона и неравномерности частотной характеристики

  • 9.3.1 Проверка частотного диапазона и неравномерности частотной характеристики проводят в соответствии с 10.13 ГОСТ Р 8.669.

Примечания:

• 1 При проведении поверки, в случае, когда используемый вибровозбудитель не обеспечивает определение коэффициента преобразования во всем частотном диапазоне, неравномерность частотной характеристики в высокочастотной области определяют расчётным путём в соответствии с приложением Д.

• 2 По заявке заказчика поверка проводится на частотах, оговоренных в заявке на поверку в границах рабочего диапазона частот.

• 3 Для акселерометров 1СЗ при проведении периодической поверки по МИ 1826 допускается проверку частотного диапазона не проводить.

• 9.3.2 Акселерометр считают прошедшим проверку, если неравномерность частотной характеристики относительно значения на базовой частоте 200 Гц находится в пределах:

• - ±12,5 % для всех модификаций, кроме 1СЗ, в рабочем диапазоне частот;

• - ±12,5 % для 1СЗ в диапазоне частот от 100 до 20000 Гц;

• - ±30 % для 1С в рабочем диапазоне частот;

• - ±5 % для акселерометров 1С2 в диапазоне частот от 10 до 1000 Гц.

• 9.4 Проверка частоты установочного резонанса

  • 9.4.1 Проверку частоты установочного резонанса проводят на устройстве, изготовленном в соответствии с ГОСТ Р 8.669.

В соответствии со схемой, приведенной на рисунке 1, акселерометр закрепляют на основании рабочего тела в форме шара, изготовленном из нержавеющей стали, так, чтобы направление возбуждающих колебаний совпадало с его рабочей осью.

Ударом падающего шарика (6) в испытуемом акселерометре (3) возбуждаются затухающие колебания. Сигнал регистрируется модулем сбора данных D002 или запоминающим осциллографом (9).

• 1 - рабочее тело;

• 2 - лыска;

• 3 - испытуемый акселерометр;

• 4 - пластмассовая трубка;

• 5 - усилитель измерительный 2692;

• 6 - стальной шарик;

• 7 - направляющая трубка;

• 8 - заслонка;

• 9 - модуль сбора данных D002

Рисунок 1 - Схема проверки частоты установочного резонанса

Частоту установочного резонанса / кГц, определяют по формуле

где Т - период возбуждаемых колебаний, с.

Примечание - При проверке частоты установочного резонанса в осевом направлении ударных акселерометров 1С301НА-ХХ и 1С302НА из схемы исключают усилитель измерительный «Nexus» 2692.

• 9.4.2 Акселерометр считают прошедшим проверку, если частота установочного резонанса соответствует значениям, приведенным в таблице 3.

Таблица 3

Примечания:

• 1 При проведении периодической поверки, допускается вместо определения неравномерности частотной характеристики акселерометра по 9.3 определять частоту установочного резонанса по 9.4. Неравномерность частотной характеристики в этом случае определяют в соответствии с приложением Д.

• 2 Для акселерометров 1СЗ допускается вместо частоты установочного резонанса в осевом направлении определять собственную резонансную частоту акселерометра в свободном состоянии. Неравномерность частотной характеристики в этом случае определяют в соответствии с приложением Д.

• 9.5 Проверка относительного коэффициента поперечного преобразования

  • 9.5.1 Проверка проводится только при первичной поверке. Проверку относительного коэффициента поперечного преобразования проводят в соответствии с 10.12 ГОСТ Р 8.669.

  • 9.5.2 Акселерометр считают прошедшим проверку, если относительный коэффициент поперечного преобразования составляет не более 5 %.

• 9.6 Проверка основной относительной погрешности при измерении ускорения

  • 9.6.1 Проверку основной относительной погрешности акселерометра <5, %, при измерении виброускорения проводят по формуле

    

    (3)

где 1,1 - коэффициент, определяемый доверительной вероятностью 0,95;

до - погрешность эталонного средства измерений (из описания на поверочную виброустановку), %;

д_п - погрешность, вызванная наличием поперечного движения вибростола поверочной виброустановки, %, определяемая по формуле

г _ К-пвс ' К ВИП                                            _(л.

где Кпвс ~ коэффициент поперечного движения вибростола поверочной виброустановки, %;

Квип ~ относительный коэффициент поперечного преобразования поверяемого акселерометра по 9.5, %;

8кг ~ погрешность, вызванная наличием высших гармонических составляющих в законе движения вибростола поверочной виброустановки, %, определяемая по формуле

•100, (5)

где 7<_гк - значение коэффициента гармоник в законе движения вибростола поверочной виброустановки (из описания на поверочную виброустановку), %;

8_И - погрешность измерений выходного напряжения акселерометра (определяется классом точности применяемого регистратора и согласующего усилителя), %;

Учх~ неравномерность частотной характеристики по 9.3,%;

- нелинейность амплитудной характеристики по 9.2, %.

Примечания:

• 1 При проведении периодической поверки значения относительного коэффициента поперечного преобразования Квип, %, и нелинейности амплитудной характеристики %, определяются по паспортным данным.

• 2  При оформлении результатов поверки относительную погрешность акселерометра допускается указывать в нескольких частотных и амплитудных диапазонах. Пример приведен в приложении Е.

• 9.6.2 Акселерометр считают прошедшим проверку, если основная относительная погрешность при измерении виброускорения в рабочих диапазонах амплитуд и частот (для 1СЗ в диапазоне частот от 100 до 20000 Гц) находится в пределах ±15 %.

При подтверждении соответствия акселерометров метрологическим требованиям руководствуются процедурами, описанными в разделе 9.

Акселерометр считают соответствующим метрологическим требованиям при положительных результатах испытаний, установленных в пунктах 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 и 9.6.

• 11.1 Оформление результатов поверки проводят в соответствии с действующими нормативными документами. Протокол поверки оформляют в произвольной форме с учётом требований системы менеджмента качества организации, проводившей поверку.

• 11.2 При положительных результатах поверки при необходимости оформляют свидетельство о поверке по форме, установленной в действующих нормативных документах.

Пломбирование акселерометров не предусмотрено.

Знак поверки наносится на свидетельство о поверке и (или) паспорт.

• 11.3 СИ, не прошедшее поверку, к применению не допускают. На него выдают извещение о непригодности по форме, установленной в действующих нормативных документах.

Начальник отдела ЦП СИ ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»

Приложение А (справочное) Структура обозначений акселерометров

Структура обозначений акселерометров (символы «X» могут отсутствовать):

1 С X XX X X -XX

• - для промышленных акселерометров (1С2) - значение коэффициента преобразования в пКл/g;

• - для ударных акселерометров и общего назначения - поряд

ковый номер, соответствующий материалу корпуса (нержавею-щая сталь или титан - 01)____________________________________

буквенное обозначение, определяющее тип кабельной заделки и соединителя:

А - кабельный вывод;

М - кабельный вывод в металл ору каве;

В - соединитель одно контактный (10-32 UNF);

С - соединитель четырех контактный (1/4-28 UNF)____________

буквенное обозначение, определяющее направление сигнальных выводов:

Т - вертикальное расположение;

______Н - горизонтальное расположение__________________________ порядковый номер разработки___________________________________

порядковый номер в соответствии с назначением:

• 1 - акселерометры общего назначения;

• 2 - промышленные акселерометры;

• 3 - ударные акселерометры;

• 4 - высокочувствительные акселерометры___________________________

буквенное обозначение, соответствующее выходному сигналу: С - заряд______

индекс измеряемой физической величины: 1 - ускорение

Приложение Б

(справочное)

Конструктивные особенности акселерометров

Таблица Б.1 - Конструктивные особенности акселерометров

Приложение В (справочное) Перечень документов, на которые даны ссылки в тексте МП

Приложение Г

(справочное) Перечень принятых сокращений

ГПС - государственная поверочная схема

МП - методика поверки;

СИ - средство(а) измерений;

СКЗ - среднее квадратическое значение;

ЭД - эксплуатационная документация.

Определение частоты установочного резонанса в осевом направлении проводят по схеме, приведенной на рисунке Д.1.

Рисунок Д. 1 - Схема проверки частоты установочного резонанса

Допускается проводить определение частоты установочного резонанса в осевом направлении по схеме, приведенной на рисунке В.2. в соответствии с рекомендациями стандарта Е 976 - 99 «Standard Guide for Determining the Reproducibility of Acoustic Emission Sensor Response».

Анализатор спектра D002

Рисунок Д.2 - Схема проверки частоты установочного резонанса с помощью стержня Су-Нильсена

В данном случае короткий механический импульс воздействия на акселерометр реализуется изломом выступающей части грифеля карандаша диаметром 0,3...0,5 мм длиной 2...3 мм, при этом ось карандаша ориентирована под углом 45° к поверхности.

В результате воздействия на акселерометр на экране персонального компьютера отображается спектр сигнала на выходе акселерометра, пик которого наблюдается на частоте резонанса в свободном состоянии f₀. Пример спектра при испытании акселерометра 1С301НА зав. № 20058 приведен на рисунке Д.З.

Рисунок Д.З - Спектр сигнала акселерометра 1С301НА зав. № 20058

Частоту установочного резонанса^,, кГц, определяют по формуле

(Д-1)

где f_o - резонансная частота акселерометра в свободном состоянии, кГц;

Неравномерность частотной характеристики в высокочастотной области У,-, %, определяют расчётным путём по формуле где f_b - верхняя рабочая частота акселерометра, Гц;

1 -100,

f_y - частота установочного резонанса акселерометра, кГц, измеренная по 9.4 или рассчитанная по формуле (Д.1)

В результате произведенных расчетов неравномерность частотной характеристики акселерометра 1С301НА зав. № 20058 составляет (при f_o = 152 кГц, рис Д.З)

• - на частоте 50 кГц 27,9 %;

• - на частоте 30 кГц 8,5 %;

• - на частоте 20 кГц 3,6 %.

Приложение Е (справочное) Пример записи на оборотной стороне свидетельства

Е.1 Пример протокола периодической поверки акселерометра 1С101НВ зав. № 20288 приведен на рисунке Е.1. Периодическая поверка выполнена метрологической службой РФЯЦ-ВНИИЭФ с использованием вторичного эталона единиц длины, скорости и ускорения при прямолинейном колебательном движении твердого тела в диапазоне значений частот от 0,1 до 20000 Гц и ускорений от 0,001 до 400 м/с² ВЭТ 58-7-2016.

Федеральное государственное унитарное предприятие Российский Федеральный ядерный центр -Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ») Метрологическая служба

Протокол поверки №

Частота (Гц) Чуиствит Отклон. % Фаза (град)

Дата поверки:

Годен до:

’00000

100000

Нелинейность

Рисунок Е.1 - Протокол периодической поверки 1С101НВ зав. № 20288

стоте 200 Гц, К_д, пКл/(м-с'²)

• 2 Неравномерность частотной характеристики:

• - в диапазоне частот от 0,5 до 16000 Гц, %, в пределах

• - в диапазоне частот от 1 до 10000 Гц, %, в пределах

• - в диапазоне частот от 10 до 5000 Гц, у_чх, %, в пределах

• 3 Границы основной относительной погрешности акселерометра при доверительной вероятности 0,95:

• - в диапазоне частот от 0,5 до 16000 Гц, 3, %,............................± 10,7;

• - в диапазоне частот от 1 до 10000 Гц, 3, %,

• - в диапазоне частот от 10 до 5000 Гц, 3, %,

При расчете основной относительной погрешности в соответствии с формулой (1) принимались следующие значения: 3₀ < 0,5%; К_ПВс < 10%;     < 5%;

К_гк. < 10%; 3_АХ < 4%; З_и <0,2%.

Е.З Если аксаелерометр используется только в диапазоне частот от 10 до 5000 Гц и диапазоне амплитуд до 300 м/с², то по заявлению пользователя на оборотной стороне свидетельства может быть сделана следующая запись:

• 1 Действительное значение коэффициента преобразования на базовой частоте 200 Гц, К_д, пКл/(м-с'²)..............................................................1,065.

• 2 Неравномерность частотной характеристики в диапазоне частот от 10 до

5000 Гц, у_чх, %, в пределах.................................................................±0,7.

• 3 Границы основной относительной погрешности акселерометра при дове

рительной вероятности 0,95 в диапазоне частот от 10 до 5000 Гц и амплитуд до 300 м/с", 3, %, в пределах..........................................................................±1,3.

19