Методика поверки «Тензорезисторы фольговые ФК » (МП 4.28.003-2017)

УТВЕРЖДАЮ

Петроневич

ГЦИ СИ,

метролог ФГУП «ЦАГИ»

А.И. Самойленко

С.В. Дыцков

Заместитель начальника НИО-7

Начальник сектора № 3 НИО-7

Исполнитель:

Настоящий документ разработан в соответствии с положениями рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 51-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Документы на методики поверки средств измерений. Основные положения», распространяется на тензорезисторы фольговые ФК (далее - тензорезисторы), при проведении первичной поверки при выпуске из производства, а также при внеочередной поверке после истечения срока годности партии или группы тензорезисторов.

Тензорезисторы фольговые ФК (далее - тензорезисторы) предназначены для измерения деформаций в деталях машин и конструкций при статических и динамических нагрузках, а также в качестве чувствительных элементов первичных преобразователей различных физических величин. Предназначены для разовой наклейки.

• 1.1 При проведении поверки должны быть выполнены следующие операции и применены средства поверки с характеристиками, указанными в таблице 1.

Таблица 1

Примечание - Допускается применять средства поверки, не приведенные в перечне, но обеспечивающие определение (контроль) метрологических характеристик поверяемых средств измерений с требуемой точностью.

• 1.2 Средства измерений, применяемые при поверке, должны иметь действующие свидетельства о поверке, испытательное оборудование должно быть аттестовано.

• 1.3 При получении отрицательного результата любой из операций по таблице 1 поверку тензорезисторов рекомендуется прекратить; последующие операции поверки проводят, если отрицательный результат предыдущей операции не влияет на достоверность поверки последующего параметра.

• 1.4 По письменному заявлению владельца допускается поверять тензо-резисторы только на диапазоны, которые необходимы в процессе их эксплуатации. При этом в протоколе и свидетельстве о поверке необходимо сделать соответствующую запись.

• 2.1 В качестве персонала, выполняющего поверку, допускаются лица с высшим образованием и (или) дополнительным профессиональным образованием в области обеспечения единства измерений в части проведения поверки (калибровки) средств измерений.

• 2.2 Персонал, выполняющий поверку, должен иметь опыт практической работы на аналогичных средствах измерений.

• 2.3 К работам по поверке могут быть допущены лица, ознакомившиеся с документацией на тензорезисторы и прошедшие инструктаж по технике безопасности и безопасной работе с электрооборудованием напряжением до 1000 В.

• 3.1 Перед проведением поверки следует изучить эксплуатационную документацию на поверяемые тензорезисторы и приборы, применяемые при поверке.

• 3.2 Предельно допустимые концентрации растворителей (ацетона, спирта этилового и т.д.) в рабочей зоне при наклейке тензорезисторов должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.004.

• 3.3 Наклейка тензорезисторов должна проводиться в помещении, снабженном приточно-вытяжной вентиляцией, средствами пожаротушения и водоснабжения.

• 4.1 При проведении поверки должны соблюдаться следующие условия:

Температура воздуха, °С................................................ от 18 до 22

Изменение температуры в течение 1 часа, °С...................... не более 2

Относительная влажность воздуха, %................................ от 30 до 60

Напряжение сети переменного тока, В..............................от 205 до 230

Частота сети, Гц....................................................................50 ± 1

• 4.2 Тензорезисторы должны быть выдержаны в помещении, где будут производиться испытания, не менее 2 часов.

Перед выполнением поверки должны быть выполнены следующие подготовительные работы:

• 5.1 Из упаковки одиночных тензорезисторов методом случайного отбора по ГОСТ 18321 комплектуются три выборки тензорезисторов:

- не менее 10 штук для проведения операций по пункту 6.3.1;

- не менее 10 штук для проведения операций по пункту 6.3.2;

- не менее 10 штук для проведения операций по пунктам 6.3.3 и 6.3.4.

• 5.2 Измерить величину электрического сопротивления каждого тензорези-стора с помощью омметра цифрового Щ306-1 и результаты измерений занести в протокол произвольной формы. Предельное относительное отклонение сопротивления в партии от номинального не должно превышать ± 0,35 %, ± 0,8 % и ± 1,0 % для групп качества А, Б и В соответственно. Не удовлетворяющие данному условию тензорезисторы должны быть отбракованы и не должны быть допущены к поверке.

• 5.3 Наклеить поверяемые тензорезисторы на градировочные балки или образцы в соответствии с инструкцией по наклеиванию.

• 5.4 Выполнить монтаж тензорезисторов во внешнюю измерительную цепь.

• 6.1 Внешний осмотр

При внешнем осмотре тензорезисторов должно быть установлено отсутствие видимых загрязнений, расслоений, воздушных пузырьков.

• 6.2 Опробование

Опробование тензорезисторов производится в следующей последовательности:

- измерить электрическое сопротивление каждого поверяемого тензорези-стора из выборки с помощью измерительного прибора с классом точности не менее 0,1 % и результаты измерений занести в протокол произвольной формы. В случае качественно проведенной операции наклеивания, изменение электрического сопротивления тензорезисторов относительно начального (п.5.2) не должно превышать ± 0,5 %.

- измерить электрическое сопротивление изоляции с помощью Измеритель параметров изоляции MIT40X. Результаты измерений занести в протокол произвольной формы.

Электрическое сопротивление изоляции каждого тензорезистора из выборки должно быть не менее 50, 100 и 200 МОм (в зависимости от группы качества).

• 6.3 Определение (контроль) метрологических характеристик

  • 6.3.1 Определение чувствительности и нелинейности функции преобразования при нормальных условиях

    • 6.3.1.1 В соответствии с инструкцией по наклейке выполнить установку тензорезисторов на чувствительный элемент установки - балку «чистого изгиба».

    • 6.3.1.2 Произвести три тренировочных (без измерения выходных сигналов) цикла деформирования с деформацией е = ± (1100 ± 50) млн ^-1 и один рабочий (с измерением выходных сигналов).

    • 6.3.1.3 После выполнения тренировочных циклов деформирования исключить из выборки тензорезисторы, на которых образовались вздутия, отслаивания от поверхности балки. При выявлении аномальности выходного сигнала у одного тензорезистора или отклонении от среднего значения более чем на 10 % произвести его замену. При выявлении более одного такого тензорезистора, выборку забраковать и выполнить повторную наклейку.

    • 6.3.1.4 Циклы деформирования осуществляются следующим способом:

- балку поочередно нагружают изгибающими моментами противоположных знаков, т. е. сначала изгибают в одну, а затем в противоположную сторону.

• 6.3.1.5 Нагрузить балку до деформации е = 0млн^-1 и измерить выходные сигналы тензорезисторов.

• 6.3.1.6 Нагрузить балку до деформации е = (1000 ± 50) млн^-1 и измерить выходные сигналы тензорезисторов.

• 6.3.1.7 Нагрузить балку до деформации е = -(1000 ± 50) млн^-1 и измерить выходные сигналы тензорезисторов.

• 6.3.1.8 Произвести полное разгружение балки до деформации . Время, затрачиваемое на нагружение балки и определение выходных сигналов тензорези-сторов не должно превышать 2 мин.

• 6.3.1.9 По полученным данным выполнить обработку результатов измерений и определить среднее значение чувствительности по формулам:

_ \€i ^(+gН ^{) +  (-g}Н ⁾| Q)

|+    | ⁺ |^{- S}H |

S=

_rZ(Ki - K)² (3)

где i - номер тензорезистора, i - 1, 2, ..n; n - объем выборки; К - чувствительность i - го тензорезистора;

+s_H , -£_н - значение задаваемой деформации;

(е_Н) - выходной сигнал тензорезистора при значении деформации s_H .

• 6.3.1.1.10 Выполнить нагружение с шагом (500 ± 50) млн^-1 до максимального (3000 млн^-1) и минимального (минус 3000 млн^-1) значений деформации с определением выходных сигналов тензорезисторов.

• 6.3.1.1.11 По полученным для отдельных тензорезисторов значениям выходных сигналов вычисляют средне значение выходного сигнала для каждой ступени деформации.

• 6.3.1.1.12 Нелинейность чувствительности определять по формуле:

  ^Y МАХ

|e i (+s ,)+к ■ _gj ^K ■ gj

где - к выборочное среднее значение чувствительности;

j - номер ступени деформации (j=1, 2, ..., m, m - число ступеней).

• 6.3.1.1.13 Результаты испытаний считаются положительными, если:

- среднее значение чувствительности при нормальных условиях находится в диапазоне от 1,90 до 2,30;

• - среднее квадратическое отклонение чувствительности в партии для групп качества А, Б и В не более ± 0,02, ± 0,03 и ± 0,05 соответственно;

• - нелинейность функции преобразования при нормальных условиях для групп качества А, Б, В не более 1, 2 и 3 % соответственно.

• 6.3.2 Определение часовой ползучести при нормальных условиях

  • 6.3.2.1 Нагрузить балку до деформации s = (1000±50)млн^- за время не более 60 с и измерить начальные значения %. (0) выходных сигналов тензорезисторов в течение последующего времени не более 60 с.

  • 6.3.2.2 Выдержать балку в нагруженном состоянии в течение 60 мин и измерить выходные сигналы тензорезисторов. Разгрузить балку.

  • 6.3.2.3 По полученным данным рассчитывают среднее значение часовой ползучести и среднее квадратическое отклонение часовой ползучести по формулам:

    ^Пi (Tj)-

    t (Tj) -t (0) t (0)

    ■100 (5)

— 1 ⁿ

П, = --XП, (6) n i -1 ⁱ

^S-X (П- ^П )^{2 (7)}

• 6.3.2.4 Результаты испытаний заносятся в протокол произвольной формы и считаются положительными, если:

• - среднее значение часовой ползучести при нормальных условиях для групп качества А, Б и В превышает ± 0,5; ± 1,0 и ± 1,5 %;

• - среднее квадратическое отклонение часовой ползучести при нормальных условиях для групп качества А, Б и В не более ± 0,5; ± 1,0 и ± 1,5 соответственно.

6.3.3 Определение дрейфа выходного сигнала при максимальной температуре

• 6.3.3.1 Образец с установленными тензорезисторами нагревают со скоростью не более 2 °С/мин до максимальной температуры и определяют выходные сигналы тензорезисторов по истечении промежутка времени в 1 час.

• 6.3.3.2 Для каждого тензорезистора дрейф выходного сигнала за 1 час рассчитывают по формуле (8):

Д₁ (Tj) = $_t (Tj) -$_t (0) (8)

• 6.3.3.3 По полученным данным рассчитывают выборочные средние значения дрейфа и выборочное СКО.

• 6.3.3.4 Результаты испытаний считаются положительными, если:

- среднее значение дрейфа выходного сигнала при максимальной температуре для групп качества А, Б и В не более ± 20; ± 100 и ± 500 мкОм/Ом соответственно;

- - среднее квадратическое дрейфа выходного сигнала при максимальной температуре для групп качества А, Б и В не более 5; 20 и 60 мкОм/Ом соответственно.

• 6.3.4 Определение температурной характеристики сопротивления (ТХС) и максимального значения ТХС в рабочей области значений температуры

• 6.3.4.1 В процессе определения ТХС балка «чистого изгиба» с установленными тензорезисторами не должна подвергаться внешней механической деформации.

• 6.3.4.2 Определение ТХС проводится при нагреве образца, выполняются следующие операции:

- образец охлаждают до минимальной температуры, равной минус 50 °С;

- нагревают образец со скоростью от 4 до 6 °С/мин;

-значение температуры на ступенях равно -50; -20; -10; 0; 10; 20; 40; 60; 70 °С;

- на каждой ступени измерить выходные сигналы тензорезисторов и температуру;

- время выдержки на каждой ступени не должно превышать 10 минут.

• 6.3.4.3 По полученным данным определяют выборочное среднее значении выходных сигналов t(t ) для каждой ступени и выборочное СКО S для максимальной температуры 70 °С.

• 6.3.4.4 Используя полученные значения t(t ) методом наименьших квадратов рассчитывают коэффициенты C ,..,С аппроксимирующего полинома (9)

= с -+c ■ t + C ■ t² + c ■ t³ (9)

• 6.3.4.5 Максимальное значение ТХС в рабочей области значений температуры определяется как наибольшее абсолютное значение выходного сигнала в рабочей области значений температуры.

• 6.3.4.6 Результаты испытаний считаются положительными, если:

- среднее квадратическое отклонение погрешности аппроксимации для групп качества А, Б и В не более 10; 40 и 100 мкОм/Ом соответственно;

- максимальное значение ТХС в рабочей области значений температуры, для групп качества А, Б, В не более 1000; 1300; 1800 мкОм/Ом соответственно.

- СКО максимального значения ТХС в рабочей области значений температуры для групп качества А, Б и В не более 20; 50 и 100 мкОм/Ом соответственно.

6.3.5 Определение воспроизводимости начального сопротивления

6.3.5.1 Балку «чистого изгиба» с установленными тензорезисторами нагревают от температуры t₀ = (2312 ~)°C до максимальной температуры 80 °С, выдерживают при этой температуре в течение 1 ч и охлаждают до начальной температуры со скоростью не более 2 °С/мин.

• 6.3.5.2 Для каждого тензорезистора воспроизводимость начального сопротивления определяют как значение выходного сигнала при температуре г₀ = (2312 )^ОС после выполнения операций по п. 6.З.5.1.

• 6.3.5.3 По полученным для отдельных тензорезисторов данным определяют выборочное среднее значение воспроизводимости начального сопротивления и выборочное СКО.

• 6.3.5.4 Результаты испытаний считаются положительными, если:

• - среднее значение воспроизводимости начального сопротивления для групп качества А, Б и В не более 20; 40 и 80 мкОм/Ом соответственно;

• - среднее квадратическое отклонение воспроизводимости начального сопротивления для групп качества А, Б и В не более 30; 50 и 75 мкОм/Ом соответственно.

• 6.3.6 Определение СКО и функции влияния температуры на чувствительность

• 6.3.6.1 Установку с балкой «чистого изгиба» и установленными на нее тензорезисторами размещают в испытательной камере КТХ-1000.

• 6.3.6.2 При температуре z₀ = (2312)°С выполняют три тренировочных и один рабочий цикл нагружения до деформации £_М = ± (1000 ± 50) млн^_1 .

• 6.3.6.3 Балку с тензорезисторами охлаждают до минимальной температуры со скоростью не более 2°С/мин со ступенями -10; 2; 23; 40; 60; 70 °С и проводят рабочий цикл нагружения до деформации £_м .

• 6.3.6.4 Для каждого тензорезистора значение функции влияния температуры на чувствительность рассчитать по формуле (10)

^Ktj

tj   к

^Ktj0

где K_tj - чувствительность при температуре t _J ;

j - номер ступени температуры, j = 1, 2, ..., m; m - число ступеней.

• 6.3.6.5 По полученным данным рассчитать выборочное среднее значение функции влияния для каждой ступени и выборочное СКО для максимальной температуры. Используя полученные средние значения, методом наименьших квадратов рассчитать коэффициент В аппроксимирующего полинома первой степени по формулам (11) и (12)

Ф(Г) = 1 + B ■ t (11)

-£[Z (<Ф,) - Z ф )F

m -1 i=i

где   Z (ф) - расчетное значение функции влияния температуры на

чувствительность;

Z(ф) - выборочное среднее значение функции влияния температуры на чувствительность;

m - число ступеней температуры нагрева;

i - число коэффициентов полинома;

j - номер ступени, j = 1, 2, ., m.

• 6.3.6.6 Результаты испытаний считаются положительными, если:

- СКО аппроксимации S_d# для групп качества А, Б и В не более ± 0,02, ± 0,04 и ± 0,07 соответственно.

Тензорезисторы, прошедшие поверку с положительными результатами, признаются годными, и допускаются к применению. На партию тензорезисторов выдается свидетельство о поверке, в паспорте ставится оттиск клейма о поверке.

В случае отрицательных результатов поверки в паспорте на партию тензо-резисторов делается соответствующая запись, либо выдается извещение о непригодности.

10