Тарировка тензометрических измерителей силовых параметров

Для того чтобы иметь возможность по показаниям микроамперметра μА определять величину силы или крутящего момента, проводится экспериментальная тарировка системы измерения. На рис. 19, б) приведена структурная схема установки для тарировки системы измерения силы.

Для выполнения тарировки силоизмерительный датчик 2 с наклеенными тензометрическими преобразователями устанавливают в нагружающее устройство 1 так, чтобы при подвешивании тарировочных гирь 4 на подвес 3, упор нагружающего устройства воздействовал на датчик 2 с силой F_д. Допустим, что измерительная система должна обеспечивать измерение силы, в диапазоне от F_min= 0H, до F_mах= 600H. Необходимо определить абсолютную ΔF и относительную  погрешности измерения системы.

Для решения поставленной задачи будем дискретно нагружать измерительный датчик 2 силой F_д, поочередно подвешивая тарировочные гири 4 на подвес 3. Учитывая плечи рычагов, усилие F_д на датчике будет равно:

(2.6)

где F_гр – вес тарировочных гирь.

а) б)

Рис. 19. Тарировочный график и структурная схема установки для тарировки системы измерения силы

В процессе нагружения значения силы F_д и показания I_ис измерительного микроамперметра μА будем заносить в таблицу 2.1.

После окончания нагружения тарировка продолжается в режиме разгружения датчика. При этом последовательно убирают тарировочные гири и заносят полученные результаты в ту же таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

После полного разгружения датчика строят тарировочный график (см. рис. 19, а). Полученный вид графика в виде петли носит название – петля гистерезиса. Её наличие объясняется трением между элементами измерительной системы. Чем больше трение, тем больше площадь петли гистерезиса, а, следовательно, и погрешность измерений.

Используя результаты тарировки, определяют коэффициент К преобразования измерительной системы:

, (2.7)

Для приведенного выше примера тарировки коэффициент преобразования имеет значение: = 20.

Далее определяют погрешности измерения. Так абсолютная погрешность измерения ΔF системы измерения силы может быть определена как максимальное значение разности:

(2.8)

где I_нагр - показания прибора в режиме нагружения датчика, I_разгр - показания прибора в режиме разгружения датчика. При этом оба показания I_нагр и I_разгр берутся при одинаковых значениях нагрузки на измерительный датчик.

Для приведенного выше примера тарировки максимальное значение абсолютной погрешности наблюдается при нагрузке на датчик 200 Н (см. таблицу 2.1). Его величина равна:

20 = 1,920 = 38 Н.

Относительная погрешность  измерения силы определяется исходя из выражения:

(2.9)

Для приведенного выше примера тарировки относительная погрешность измерения имеет значение: = 6,3%

Тарировка тензометрических измерителей крутящего момента выполняется аналогично, по вышеприведенной методике. Для этого собирают установку, внешний вид которой представлен на рис. 20. Устанавливают в неё тензометрический вал 1, с наклеенными на него тензометрическими преобразователями. Один конец тензовала 1 жестко закрепляется в точке 3. С противоположного конца к тензовалу прикрепляют тарировочный рычаг 2 с подвесом 4. В процессе тарировки на подвес 4 крепят тарировочные грузы 5, имеющие эталонные массы.

Рис. 20. Установка для тарировки тензометрического вала

В процессе тарировки дискретно нагружают тензовал 1 крутящим моментом М_кр, поочередно подвешивая тарировочные гири 5 на подвес 4. Учитывая плечо L рычага 2, крутящий момент М_кр, будет равен:

М_кр = F_гр  L (2.10)

В ходе последовательного нагружения, а затем и разгружения тензовала все значения крутящего момента М_кр и показания измерительного микроамперметра I_ис заносят в таблицу, аналогичную таблице 1.1.

Используя результаты тарировки, строят график зависимости тока измерительной системы I_ис от величины приложенного к тензовалу крутящего момента М_кр (аналогичный, представленному на рис. 20, а). Затем определяют коэффициент К преобразования измерительной системы по формуле:

, (2.11)

Далее определяют погрешности измерения. Абсолютная погрешность измерения системы крутящего момента ΔМ определяется по формуле:

, [Нм]. (2.12)

Оба показания I_нагр и I_разгр берутся при одинаковых значениях крутящего момента на тензовалу, при максимальном модуле разности (I_нагр - I_разгр).

И в заключении определяется относительная погрешность системы измерения крутящего момента - по формуле:

(2.13)