Методика поверки «ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭТАЛОННЫЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ZET 101 » (МП 2520-098-2021 )

Федеральное государственное унитарное предприятие

«Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии нм. Д.И. Менделеева» ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»

СОГЛАСОВАНО

марта 2021 г.

Генерального директора

им. Д.И. Менделеева»

А.Н. Пронин

Государственная система обеспечения единства измерений

ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭТАЛОННЫЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ZET 101

Методика поверки

ФГУП «ВНИИМ

им. Д.И. Менделеева» Котляковский А. А

Коваль II. В

г. Санкт-Петербург

2021 г.

Настоящая методика поверки (далее МП) распространяется на вибропреобразователи эталонные пьезоэлектрические ZET 101 (далее - вибропреобразователь), фирмы ООО «ЭТМС», г. Зеленоград, г. Москва, Россия и устанавливает методику их первичной и периодической поверок.

Первичная поверка проводится:

• - при вводе в эксплуатацию;

• - после ремонта.

Допускается проведение периодической поверки на меньшем числе поддиапазонов измерений частот на основании письменного заявления заказчика. В этом случае в сведениях о результатах поверки обязательно указывается информация об объеме проведенной поверки.

Вибропреобразователи соответствуют рабочим эталонам 1 разряда по ГПС Приказа Госстандарта № 2772 от 27.12.2018 «Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений виброперемещения, виброскорости, виброускорения и углового ускорения».

Методикой поверки обеспечивается прослеживаемость к Государственному специальному эталону единиц длины, скорости и ускорения при колебательном движении твердого тела ГЭТ 58-2018 согласно Приказу Госстандарта № 2772 от 27.12.2018 «Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений виброперемещения, виброскорости, виброускорения и углового ускорения».

Метод, обеспечивающий реализацию методики поверки:

-методом прямых измерений и сличением с помощью компаратора в соответствии с Приказом Госстандарта № 2772 от 27.12.2018.

2 Перечень операций поверки

2.1 При проведении поверки выполняются операции, указанные в таблице 1. Таблица 1 - Перечень операций поверки

3.1 Перечень средств поверки представлен в таблице 2 Таблица 2 - Средства поверки

• 3.2  Средства измерений, применяемые при поверке должны быть поверены, а эталоны аттестованы.

• 3.3  Допускается применение других средств измерений и вспомогательного оборудования, не приведенных в таблице 2, но обеспечивающих определение (контроль) метрологических характеристик поверяемых средств измерений с требуемой точностью.

Поверка вибропреобразователей осуществляется липами, прошедшими специальную подготовку в качестве поверителей и изучившими нормативные документы (далее НД) на поверяемые средства измерений и средства поверки.

При проведении поверки должны быть соблюдены следующие требования безопасности:

• - средства измерений, а также вспомогательное оборудование должны иметь защитное заземление:

• - сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом. Не допускается использовать в качестве заземления корпус (коробку) силовых электрических и осветительных щитов и арматуру центрального отопления:

• - персонал, осуществляющий поверку', должен иметь удостоверение на право работы с установками, имеющими напряжение до 1000 В.

При проведении поверки должны соблюдаться следующие условия:

температура окружающего воздуха. оС....................................................от +15 до + 25

относительная влажность, %....................................................................от 30 до 80

атмосферное давление, к11а ....................................................................от 84 до 106.7

Подготовка средств измерений к поверке должна производиться в соответствии с требованиями эксплуатационной документации на них.

При проведении поверки необходимо соблюдать требования раздела «Указания мер безопасности» руководства по эксплуатации и других нормативных документов на вибропреобразователи и средства измерений, применяемые при поверке.

Все операции поверки должны проводиться не менее чем двумя лицами, имеющими квалификационную группу по технике безопасности не ниже 3.

Все подключения и отключения к вибропреобразователям можно производить только при отключенном напряжении питания.

Поверку в целях утверждения типа может проводить специачист, имеющий высшее профессиональное образование

• 8.1.1 Проверка внешнего вида и маркировки вибропреобразователей проводится путем сравнения с технической документацией, представленной заявителем.

• 8.1.2 Результат проверки считается положительным, если конструкция и маркировка

  вибропреобразователей соответствует вибро преобразователи.	требованиям	технической	документации на
  8.2 Опробование 8.2.1 При     проведении	опробования	проверяют	работоспособность

вибронрсобразоватсля. поверяемый вибропреобразователь закрепляют на измерительном столе (дачее - вибростол) поверочной виброустановки (далее - виброустановка) вторичного эталона, в соответствии с технической документацией на вибропреобразователь. Выход вибропреобразователя подключают соединительным кабелем к входу' согласующего усилителя,

выход которого соединяют с входом вольтметра, входящий в состав виброустановки вторичного эталона.

• 8.2.2 Включают и прогревают приборы виброустановки вторичного эталона.

• 8.2.3 С помощью вольтметра фиксируют уровень помех на выходе согласующего усилителя.

• 8.2.4 Подают напряжение от генератора через усилитель мощности на вибровозбудитель, входящий в состав виброустановки вторичного эталона. Частота подаваемого напряжения не должна превышать 0.25 максимального значения рабочего диапазона частот поверяемого вибропреобразователя.

• 8.2.5 Плавно увеличивают напряжение до тех пор. пока сигнал на выходе вибропреобразователя не превысит уровень помех на 40 дБ.

• 8.2.6 Результаты поверки считаются удовлетворительными, если выполняются требования п. 8.2.5 настоящей методики поверки.

• 8.3.1 Собственную частоту' установочного резонанса вибропреобразователя осуществляется в ударном режиме.

• 8.3.2 Для определения значения частоты установочного резонанса вибропреобразоватсля в ударном режиме применяют устройство, обеспечивающее возбуждение пьезоэлектрического вибропреобразователя механическим ударом с помощью стального падающего шарика. Форма возбуждающего импульса близка к Л - импульсу.

• 8.3.3 Устройство для определения значения частоты установочного резонанса вибропрсобразователя состоит из стойки с кронштейнами, в которые устанавливаются направляющая трубка и через виброгасящую прокладку (например, поролоновую) рабочее тело. Рабочее тело представляет собой стальную сферу с лыской твердостью HRC не менее 50. Лыска рабочего тела служит для установки поверяемого вибропреобразователя через резьбовое соединение. Между вибропреобразователем и рабочим телом наносят тонким слоем чистое машинное масло, чтобы компенсировать шероховатости контактных поверхностей. Направляющую трубку устанавливают таким образом, чтобы ее выходное отверстие (диаметром не более 5 мм) находилось над центром рабочего тела на расстоянии от 3 до 5 мм.

• 8.3.4 Вибропреобразователь через согласующий усилитель подключают к регистрирующему устройству. В качестве регистрирующего устройства может применяться спектроанализатор или персональный компьютер с аналого-цифровым преобразователем и соответствующим программным обеспечением. В качестве падающего шарика применяют стальные шарики, твердость которых HRC нс менее 50.

• 8.3.5 Закрепляют на лыске рабочего тела вибропреобразователь способом, применяемым при его эксплуатации. Устанавливают рабочее тело с закрепленным вибропреобразователем и направляющую трубку; Вибропреобразователь через согласующий усилитель подключают к регистрирующему устройству. Приборы включают и прогревают в соответствии с Руководством по эксплуатации на них

• 8.3.6 В верхнее отверстие направляющей трубки опускают стальной шарик, возбуждающий при соударении с рабочим телом вибропреобразователь. Выходной сигнал вибропреобразователя фиксируют (запоминают) в регистрирующем устройстве, преобразуют в цифровую форму и с помощью преобразования Фурье получают амплитудную и фазовые спектральные характеристики, по которым определяют максимальное пиковое значение частоты, при котором сдвиг фазы на характеристике приблизительно равен 90°.

• 8.3.7 Процесс определения максимального пикового значения частоты повторяют не менее трех раз. Максимальные пиковые значения частот не должны отличаться друг от друга в проводимых экспериментах более, чем на 5 %.

• 8.3.8 За значение частоты установочного резонанса принимают среднее арифметическое значение, определенное по результатам, полученным в процессе измерений по п.п. 8.3.6 - 8.3.7.

• 8.3.9 Результаты поверки считают удовлетворительными, если частота установочного резонанса в осевом направлении не менее 40 кГц.

• 8.3.10 Значение частоты поперечного резонанса вибропреобразоватсля определяют способом, изложенным в п. 8.3.6.

• 8.3.11 Вибропреобразователь, закрепленный на рабочем теле, устанавливают таким образом, чтобы направление возбуждающей оси было перпендикулярным к главной оси чувствительности вибропреобразователя и соосным с направлением его максимального значения относительного коэффициента поперечного преобразования.

• 8.3.12 Результат проверки считают положительным, если частота установочного резонанса в поперечном направлении не менее 20 кГц.

• 8.4 Определение действительного значения коэффициента преобразования. Определение отклонения действительного значения коэффициента преобразования от номинального

• 8.4.1 Действительное значение коэффициента преобразования акселерометра определяют на виброустановке вторичного эталона в соответствии с руководством по эксплуатации на виброустановку.

• 8.4.2 Вибропреобразователь закрепляют па измерительном столе виброустановки вторичного эталона в соответствии с технической документацией на вибропрсобразоватсль. Выход вибропреобразователя подключают соединительным кабелем к входу согласующего усилителя, выход которого соединяют с входом вольтметра.

• 8.4.3 Воспроизводят на виброустановке вторичного эталона вибрацию с опорной частотой 160 Гц и виброускорением с амплитудой (10 - 100) м/с² не менее 3 значений, считывают показания вольтметра.

• 8.4.4 Рассчитывают действительное значение коэффициента преобразования Кц. мВ/мс² по формуле (1):

  

(1)

где и_Су - показание вольтметра, подключенного к входу согласующего усилителя, мВ; ад - виброускорение, задаваемое виброустановкой вторичного эталона, м/с².

Среднее арифметическое значение коэффициента преобразования Лд_ср, мВ/мс² рассчитывают по формуле (2):

(2)

где п - число измерений, п > 3.

• 8.4.5 Рассчитывают отклонение действительного значения коэффициента преобразования вибропреобразователя от номинального значения, указанного в технической документации на вибропреобразователь по формуле (3). %:

5Кд =       • 100,                                   (3)

к_н

где Кн - номинальное значение коэффициента преобразования вибропреобразователя. мВ/м/с²;

Кд - измеренное значение коэффициента преобразования вибропрсобразоватсля, мВ/м/с².

• 8.4.6 Результаты поверки считают удовлетворительными, если отклонение действительного значения коэффициента преобразования вибропреобразователя от номинального значения не превышает значения ±10 %.

• 8.5.1 Неравномерность амплитудно-частотной характеристики вибропреобразователя определяют на виброустановке вторичного эталона в соответствии с руководством по эксплуатации на виброустановку.

• 8.5.2 Вибропреобразователь закрепляют на измерительном столе виброустановки вторичного эталона в соответствии с технической документацией на вибропреобразователь. Выход вибропреобразователя подключают соединительным кабелем к входу согласующего усилителя, выход которого соединяют с входом вольтметра.

• 8.5.3 Воспроизвести на виброустановке вторичного эталона виброускорение с амплитудой (10 - 100) м/с² последовательно на частотах третьоктавпого ряда из рабочего диапазона частот вибропреобразователя и фиксируют на вольтметре значение напряжения с вибропреобразователя. Частотный ряд, в котором определяется неравномерность ЧХ, должен включать нижнее и верхнее значения частот рабочего диапазона вибропреобразователя и число фиксированных частот не менее 10.

Значения частот выбирают из ряда:

3.0; 3,15; 4; 5; 6.3: 8: 10; 12.5; 16: 20: 25; 31,5: 40; 50; 63:80: 100; 125: 160; 200: 250: 315; 400: 500; 630: 800;1000:1250: 1600: 2000: 2500; 3150; 4000; 5000; 6300: 8000: 10000 Гц.

Допускается отклонение частот от значений указанного ряда при сохранении интервала между' отдельными частотами не менее октавы.

Первичную поверку вибропреобразователя проводят на частотах третьоктавпого ряда. Периодическую поверку допускается проводить на частотах октавного ряда.

Для каждого значения частоты рассчитывают значение коэффициента преобразования по формуле (1). Используя полученные значения коэффициентов преобразования, вычисляют их отклонения (см. и. 7.3) по формуле (4). %:

У = ^^’100,                           (4)

где Кд - измеренное значение коэффициента преобразования вибропреобразователя на опорной частоте 160 Гц, мВ/м/с²;

Кд1 - измеренное значение коэффициента преобразования вибропреобразователя в i-той точке диапазона частот. мВ/м/с².

• 8.5.4 Наибольшее из отклонений у принимают за неравномерность амплитудно-частотной характеристики:

У = l/ilmax.

• 8.5.5 Результаты поверки считают удовлетворительными, если неравномерность амплитудно-частотной характеристики нс превышает значений, указанных в таблице 3.

Таблица 3 - Неравномерность амплитудно-частотной характеристики вибропреобразователя

• 8.6.1 Нелинейность амплитудной характеристики вибропрсобразователя определяют на виброустановке вторичного эталона в соответствии с руководством по эксплуатации на виброустановку.

• 8.6.2 Вибропреобразователь закрепляют на измерительном столе виброустановки вторичного эталона в соответствии с технической документацией на вибропреобразователь. Выход вибропрсобразователя подключают соединительным кабелем к входу' согласующего усилителя, выход которого соединяют с входом вольтметра.

• 8.6.3 Нелинейность амплитудной характеристики определяют не менее чем при пяти значениях виброускорения, одно из которых должно быть минимальным, другое максимально возможным в зависимости от амплитудных возможностей вибростенда, но не менее 100 м/с². Минимальное значение виброускорения должно быть меньше максимального (в зависимости от возможности вибростенда) в три-четыре раза.

• 8.6.4 Последовательно задают виброускорение на выбранной частоте.

• 8.6.5 Считывают значение напряжения с выходов согласующих усилителей встроенного виброметра виброустановки вторичного эталона и поверяемого вибропреобразователя. Используя полученные значения коэффициентов преобразования, определяют среднее арифметическое значение коэффициента преобразования вибропрсобразователя.

• 8.6.6 За нелинейность амплитудной характеристики вибропрсобразователя принимают максимальное значение, рассчитанное по формуле (5), %:

45_а = ^Кд"“^ц~ И³'""' • 100,                         (5)

2Кд_т|-_п

где Кдтах - максимальное значение коэффициента преобразования поверяемого вибропреобразователя, мВ/м/с²;

Кдтш - минимальное значение коэффициента преобразования поверяемого вибропреобразователя, мВ/м/с².

• 8.6.7 Результаты проверки считают удовлетворительными, если максимальное значение нелинейности амплитудной характеристики не превышает 2%.

• 8.7.1 Относительный коэффициент поперечного преобразования вибропреобразователя определяют на фиксированной частоте от 10 до 200 Гц.

• 8.7.2 Вибропрсобразоватсль устанавливают на вибростол виброустановки вторичного эталона с помощью специального устройства таким образом, чтобы главная ось его чувствительности была перпендикулярна к направлению колебаний. Выход вибропреобразователя подключают соединительным кабелем К ВХОДУ согласующего уСИЛИТеЛЯ, выход которого соединяют с входом вольтметра, входящий в состав виброустановки втричного эталона. Специальное устройство должно обеспечивать поворот вибропреобразователя вокруг его оси чувствительности на 360° с интервалом не более 30°.

• 8.7.3 Вибростолу задают виброускорение от 20 до 50 м/с² на частоте от 10 до 200 Гц. Значение виброускорения для вибропреобразователя не должно превышать предельно допустимых значений в поперечном направлении. Значение виброускорепия выбирают таким образом, чтобы при направлении вибрации вибростола, совпадающем с направлением максимума коэффициента поперечной чувствительности вибропреобразователя, отношение значения, измеренного на выходе согласующего усилителя напряжения к значению шума, на его выходе было не менее 14 дБ (~ 5 раз).

• 8.7.4 Считывают показания вольтметра для каждого положения вибропреобразователя, соответствующего повороту вокруг оси чувствительности на 0°, 30°. 60°. 90°, 120°. 150°, 180°. 210°. 240°. 270°, 300°, 330°. Повторяют процедуру еще раз и считывают показания вольтметра. Вычисляют среднее арифметическое значение показаний вольтметра Uicp. мВ. по формуле (6):

и_кр = 0.5 (у: + У") ,                             (6)

где (У- - показания вольтметра для каждого положения вибропреобразователя, мВ.

• 8.7.5 Относительный коэффициент поперечного преобразования для каждого положения вибропреобразователя вычисляют по формуле (7). %:

Кош = ^ • ЮО,                      (7)

^ад ^кд

где Кд-действительное значение коэффициента преобразования вибропреобразователя, определенное по формуле (1), мВ/м/с².

• 8.7.6 В качестве относительного коэффициента поперечного преобразования принимают максимальное значение, %, вычисленное по формуле (7)

Коп = (Koni)maA- •

• 8.7.7 Результаты поверки считаются удовлетворительными, если максимальное значение коэффициента поперечного преобразования вибропреобразователя не превышает значения. ±5 %.

• 8.8.1 Нестабильность коэффициента преобразования определяют только при периодической поверке на основании полученного коэффициента преобразования при предыдущей поверке и вычисляют по формуле (8). %:

^Дон=п^-Ю0.                 (8)

где Кд - действительное значение коэффициента преобразования вибропреобразователя при текущей поверке. мВ/м/с²;

Кд- действительное значение коэффициента преобразования вибропреобразователя при предыдущей поверке, мВ/м/с².

• 8.8.2 Результат поверки считается удовлетворительным, если нестабильность коэффициента преобразования поверяемого вибропреобразователя не превышает 1.0 %.

• 9.1 Проводится определение отклонения действительного значения коэффициента преобразования вибропрсобразоватсля от номинального значения, выраженного в процентах. Полученные значения отклонения действительного значения коэффициента преобразования вибропреобразователя от номинального значения не должны превышать значения ±10 %.

• 9.2 Проводится определение неравномерности амплитудно-частотной характеристики вибропреобразователя, выраженного в процентах. Полученные значения неравномерности амплитудно-частотной характеристики не должны превышать значений, указанных в таблице 3,

• 9.3 Проводится определение нелинейности амплитудной характеристики вибронреобразователя, выраженного в процентах. Полученные значения нелинейности амплитудной характеристики не должны превышать значения 2%.

• 9.4 Проводится проверка подтверждения соответствия вибропреобразователя рабочему эталон}⁷ 1 разряда по ГПС, утвержденной Приказом Госстандарта № 2772 от 27.12.2018 «Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений виброперсмещения. виброскорости, виброускорения и углового ускорения».

10.1 Результаты поверки считаются положительными, если характеристики вибропреобразователя удовлетворяют всем требованиям данной методики. В этом случае результаты поверки оформляются в соответствии с действующими нормативными документами Российской Федерации.

Нанесение знака поверки на вибропреобразователь не предусмотрено.

• 10.2. Результат поверки вибропреобразователя оформляется передачей сведений о поверке в ФГИС «Аршин» со сроком действия, совпадающим со сроком действия сведений о поверке на вибропреобразователь в целом.

• 10.3.  При отрицательных результатах вибропреобразователь к применению не допускается и результаты оформляются в соответствии с действующими нормативными документами Российской Федерации с указанием причин о непригодности.