METROLOGICZNE WŁASNOŚCI SYSTEMU BADAWCZEGO

Transkrypt

1 PROBLEY NIEONWENCJONALNYCH ŁADÓW ŁOŻYSOWYCH Łódź, 4 maja 999 r. Jadwiga Janowska, Waldemar Oleksiuk Insyu ikromechaniki i Fooniki, Poliechnika Warszawska ETROLOGICZNE WŁASNOŚCI SYSTE BADAWCZEGO SŁOWA LCZOWE: analiza merologiczna oru pomiarowego sanowiska adawczego, wzorcowanie oru pomiarowego STRESZCZENIE W referacie przedsawiono sposó przeprowadzania analizy merologicznej orów pomiarowych sanowiska adawczego na przykładzie oru pomiaru momenu arcia w adaniach miniaurowych łożysk ślizgowych WPROWADZENIE Podsawowym wymaganiem, jakie powinno spełniać sanowisko do przeprowadzania adań riologicznych, jes wierne odwarzanie warunków pracy riosysemu (np. czopa z panewką). Orzymane wyniki adań ędą wówczas wiarygodnym źródłem informacji o rzeczywisych zjawiskach zachodzących w adanym węźle. Dokładność i wiarygodność wyznaczania poszczególnych paramerów czy charakerysyk riosysemu zależy z jednej srony od przyjęych meod adań, z drugiej zaś od merologicznych własności wykorzysywanych orów pomiarowych sanowiska adawczego. onieczne jes więc przeprowadzenie wzorcowania wszyskich układów sanowiska adawczego lu dokonanie analizy merologicznej orów pomiarowych sanowiska. Przeprowadzanie analizy merologicznej orów pomiarowych sanowiska adawczego zosanie omówione na przykładzie oru pomiaru momenu arcia sanowiska do adania miniaurowych łożysk ślizgowych pracujących przy zmiennych w czasie warościach prędkości poślizgu i nacisku. W ocenie merologicznych własności oru pomiarowego sanowiska adawczego uwzględniono nasępujące zagadnienia: - udowę oru pomiarowego (udowa poszczególnych loków i ich paramery), - równanie pomiaru (napisane przy założeniu, że or pomiarowy zudowany jes z liniowych loków przewarzania i rakując warość mierzoną jako wynik pomiaru pośredniego [5]), 0

2 - wzorcowanie oru pomiarowego: - meoda wzorcowania [6] - opracowanie wyników wzorcowania [7]; - oliczenie współczynników równania pomiaru [7]; - wyznaczenie łędu pomiaru wielkości mierzonej [7]. Symole oznaczeń łędu względnego, łędu ezwzględnego, czułości i innych paramerów przyjęo zgodnie z lieraurą [4]. WYZNACZANIE ETROLOGICZNYCH WŁASNOŚCI TORÓW POIAROWYCH STANOWISA BADAWCZEGO - TOR POIAROWY OENT TARCIA. OPIS BDOWY TOR POIAROWEGO Na rys.. przedsawiono schema lokowy oru pomiarowego momenu arcia sanowiska do adania miniaurowych łożysk ślizgowych. PT PP Q m TP ε CT W 3 4 A/C m 5 C PC/AT Rys.. Schema lokowy oru pomiaru momenu arcia; PT przewornik momenu arcia, PP przewornik przenoszenia momenu, TP ensomeryczny przewornik momenu, 3 CT cyfrowy mosek ensomeryczny, 4 W wzmacniacz napięcia, 5 A/C przewornik analogowo-cyfrowy, 6 PC/AT kompuer, mierzony momen arcia w łożysku ślizgowym, Q m siła działająca na sprężynę TP, momen działający na sprężynę TP, ε odkszałcenie sprężyny TP, m wyjściowe napięcie z układu CT W, C liczowa reprezenacja zmierzonego napięcia Po zadaniu żądanych warości prędkości poślizgu i nacisku w łożysku ślizgowym (sanowisko do adania miniaurowych łożysk ślizgowych []) ramka, zaierana momenem arcia, oróci się. ulka, umieszczona w ramce, spowoduje odkszałcenie sprężyny płaskiej ensomerycznego przewornika momenu arcia TP. Sygnał z przewornika momenu arcia PT (rys..) przekazywany jes na wyjście cyfrowe moska ensomerycznego CT i dalej na wzmacniacz układu pomiaru momenu arcia W. Sygnał en podawany jes nasępnie na wejście kary pomiarowej A/C (przewornik analogowo-cyfrowy) i zapisywany w pamięci kompuera. 5

3 .. PRZETWORNI OENT TARCIA Przewornik momenu arcia PT, przedsawiony na rys., składa się z przewornika przenoszenia momenu PP i ensomerycznego przewornika momenu TP wykonanego w IiF PW. Czułość przewornika przenoszenia momenu PP [4] dana jes wzorem: PP = / = / a () a łąd wyznaczenia czułości (rakując PP jako wynik pomiaru pośredniego [5]) wynosi: PP PP δ = PP δ + δ () a Podsawiając do wzorów () i () warości: a = 6 mm, = 5 mm oraz przyjęe warości łędów ich wyznaczenia: δ a = 0. mm, δ = 0. mm, czułość przewornika przenoszenia momenu równa jes: PP = 4, zaś łąd jej wyznaczenia wynosi: δ = 0.07 PP a.. CYFROWY OSTE TENSOETRYCZNY ZE WZACNIACZE NAPIĘCIA W orze pomiarowym użyo cyfrowego moska ensomerycznego ypu CT-83 (produkcji Spółdzielni Techno-echanik Gdańsk) z auomaycznym równoważeniem składowej pojemnościowej. osek CT-83 przeznaczony jes do pomiaru relaywnie małych zmian impedancji w rezysywnych i indukcyjnych układach moskowych. Przysosowany jes do współpracy z przewornikami ensomerycznymi, ermorezysancyjnymi oraz indukcyjnymi. Przeznaczony jes do pomiaru wielkości saycznych i dynamicznych w zakresie do 500 Hz. oże pracować jako urządzenie auonomiczne lu jako jednoska funkcjonalna wielopunkowego sysemu pomiarowego. Wzmacniacz napięcia zudowano na azie wzmacniacza operacyjnego. Czułość oraz łąd wyznaczenia czułości układu moska ze wzmacniaczem napięcia, wyznaczone na podsawie przeprowadzonego wzorcowania, wynoszą: δ CT> CT> = V/mN m = V/mN m Całkowiy łąd przewarzania moska ensomerycznego można przyjąć, zgodnie z danymi echnicznymi moska, jako nie przekraczający δ CT = 3 µm/m, co przy zakresie pomiarowym z = 000 µm/m daje łąd względny γ CT = 0.5%. Naomias łąd względny wzmacniacza oszacowano na γ > = 0.%. Zaem łąd względny całego układu CT,> można wyznaczyć ze wzoru [4]: CT > = γct + γ> γ (3) Dla podanych wcześniej warości łędów względnych cyfrowego moska ensomerycznego oraz wzmacniacza napięcia łąd względny ego układu wynosi: γ CT > = 0.8%. aksymalny łąd wskazań cyfrowego moska ensomerycznego ze wzmacniaczem napięcia wynosi: δ CT = γct> > (4) max

4 gdzie = max / CT> (5) mmax jes maksymalnym momenem jaki można przyłożyć na wejście ego układu. Dla: = 0 V maksymalny momen wynosi: = 0/ mn m, mmax co daje maksymalny łąd wskazań układu: δ CT> = 0.8% 0 mn m = 0.08 mn m max.3. PRZETWORNI ANALOGOWO-CYFROWY Przewornik analogowo-cyfrowy sanowi jeden z loków funkcjonalnych modułu konrolno-pomiarowego LC-0-6 firmy Amex. oduł ma posać kary umieszczonej w gnieździe na głównej płycie kompuera. Producen wykorzysał iowy przewornik AD 574A N uzyskując podział zakresu na 4096 działek. Do osługi sanowiska wyrano zakres napięć wejściowych 0 0 V, co dało rozdzielczość pomiarową przewornika wynoszącą.44 mv/dz. Czułość przewornika wynosi A / C = dz/mv lu A / C = V/V, naomias łąd liniowości wraz z łędem przewarzania nie jes większy niż δ A / C = dz =.44 mv..4. OPTER arę zainsalowano w kompuerze klasy IB PC/AT z zegarem 33/6 Hz.. RÓWNANIE POIAR Tor pomiarowy zudowany jes z liniowych loków przewarzania, dlaego eż przyjęo, że mierzony momen arcia ędzie wyznaczony o zależność: = ( ) (6) C O w kórej: [mn m/v] - sała przewarzania oru, C [V] - zmierzone przez kompuer napięcie wyjściowe oru pomiarowego odpowiadające, O [V] - zmierzone przez kompuer napięcie odpowiadające = 0. Trakując jako wynik pomiaru pośredniego można oliczyć łąd wyznaczenia momenu korzysając ze wzoru [5], w kórym: δ - łąd wyznaczenia współczynnika kierunkowego (współczynnika przewarzania), δ - sumaryczny łąd przewarzania C momenu na napięcie, δ - łąd wyznaczenia przesunięcia (napięcia zerowego O O ). δ = δ δ + C O δ + C (7) O Wyznaczenie saycznych własności merologicznych oru pomiarowego ojęło określenie współczynników w równaniu (6) oraz łędu δ (7). 3

5 W celu wyznaczenia współczynników równania (6) przeprowadzono wzorcowanie oru pomiarowego. 3. ETODA WZORCOWANIA Wzorcowanie polegało na zadawaniu ociążenia (o warościach z zakresu dopuszczalnego dla przewornika) na sprężynę płaską przewornika momenu arcia i rejesrowaniu odpowiadających mu warości napięcia wyjściowego modułu pomiarowego oraz wskazań W m cyfrowego moska ensomerycznego ypu CT-83. Schema układu do wzorcowania oru pomiaru momenu arcia pokazano na rys.. Ociążenie zadawane yło przez zawieszanie odważników echnicznych m na uchwycie sprężyny płaskiej przewornika momenu, przywierdzonym w miejscu działania kulki (przekazania momenu). Warości ociążenia sprężyny przewornika zosały przeliczone na warości momenu arcia. Do rejesracji wyników wzorcowania wykorzysano program kompuerowy TVTry. mc 3 W m CT 4 A/C 5 m mc PC/AT Q m Rys.. Wyznaczanie oru pomiarowego momenu arcia schema - m odważnik, sprężyna płaska, 3 CT,> cyfrowy mosek ensomeryczny ze wzmacniaczem, 4 A/C przewornik analogowo-cyfrowy, 5 kompuer, Q m - siła działająca na sprężynę, mc - warość napięcia wyjściowego modułu pomiarowego, W m wskazanie moska ensomerycznego 3.. OPRACOWANIE WYNIÓW WZORCOWANIA Zarejesrowano wyniki wzorcowania, kóre w posaci ael przedsawiono w pracy []. eodą najmniejszej sumy kwadraów oliczone zosały współczynniki regresji liniowej charakerysyki wzorcowania. Określono akże łędy współczynników wynikające z rozrzuu zarejesrowanych wyników [8]. Charakerysyka wzorcowania dana jes wzorem: mc = + 0 (8) w kórym: mc [V] rejesrowane napięcie, [mn m] zadawany momen, 0 [V] przesunięcie charakerysyki. 4

6 zyskano nasępujące warości współczynników i ich łędów: = V/mN m 0 = 0.6 V δ = V/mN m = 0.0 V Wyniki podano z zawyżoną liczą miejsc znaczących celem wykorzysania w dalszych oliczeniach. Opracowanie danych meodą najmniejszej sumy kwadraów wymagało przyjęcia założenia, że momen zadawany ył ezłędnie. W prakyce założenie o nie jes prawdziwe i należy uwzględnić niepewność zadawanego momenu. omen en dany jes wzorem: δ 0 = = m g (9) Qm w kórym: m - masa zawieszonych odważników, g przyspieszenie ziemskie, długość ramienia działania siły. W akim przypadku względny łąd zadawania momenu można wyznaczyć z zależności: γ Z = γ m + γ g + γ (0) w kórej: γ m - względny łąd zawieszenia masy, γ g - względny łąd warości przyspieszenia ziemskiego, γ - względny łąd długości ramienia. Przyjmując, że łąd przyspieszenia ziemskiego jes pomijalnie mały uzyskuje się Z m γ = γ + γ () Podczas wzorcowania użyo odważników klasy 0. co oznacza, że γ m = 0.00, zaś długość = 5 mm wykonana yła z łędem γ = 0. mm. δ 0. Względny łąd długości ramienia wynosi więc: γ = = = i osaecznie: γ Z = = Błąd zadawanego momenu wynosi: δ Z = γ Z () i jes liniową funkcją momenu. Przy momencie zerowym przyjmuje warość zero. Dlaego powiększa on niepewność wyznaczenia współczynnika kierunkowego. Przyjęo przy ym oznaczenia: = + 3 δ (3) g d 3 = δ (4) Oznaczając graniczne warości współczynnika przez min i max można zapisać: min Z mc d 0 mcd 0 d 3 δ = = = = (5) + δ + δ + γ + γ Z Z Z 5

7 max mcg 0 mcg 0 g + 3 δ = = = = (6) + δ + δ + γ + γ Z Z Z Z 3.. OBLICZENIE WSPÓŁCZYNNIÓW RÓWNANIA POIAR Opracowane wyniki wzorcowania pozwalają oliczyć współczynniki w równaniu (6) pomiaru momenu. Wyznaczając z równania wzorcowania (8) oraz z zależności () orzymujemy równanie: = ( mc 0 ) (7) + Z porównania orzymanego równania (7) z równaniem (6) wynikają nasępujące równości: PP Błędy współczynników wynoszą: = (8) C mc PP = (9) = (0) O 0 δ = δ PP δ + () PP. Podsawiając do wzoru znane waro- oraz δ = δ ze względu na ożsamość O O 0 i ści uzyskuje się: = mn m/v O =0.6 V O δ = mn m/v δ = 0.0 V O 3.3. WYZNACZENIE BŁĘDÓW POIAR OENT Zgodnie ze wzorem (6) i (7) łąd pomiaru momenu arcia dany jes zależnością: ( ) ä + ä + ä ä = C O C () O Ze względu na oecność składnika C łąd zależy od warości mierzonego momenu i rośnie z jego wzrosem. Do oliczenia warości δ porzena jes znajomość wszyskich czynników powyższego równania. Do wyznaczenia pozosał zaem łąd przewarzania δc momenu na napięcie. W celu jego określenia posłużono się informacjami na ema poszczególnych loków oru pomiarowego. Przyjęo, że kolejne łędy przewarzania można odnieść do mierzonego napięcia i geomerycznie zsumować: δ = δpt / + δ C CT, > / A / C / + δ (3) Błąd δ PT zosał uwzględniony w łędzie współczynnika we wzorze (). Poszczególne składniki równania (3) rakowane jako łędy rzysigmowe osiągają warości: 6

8 δ CT, > / δ CT, > / = δct, > CT, > A / C = [(mn m) (V/mN m) (V/V)] = [V] (4) δ / AC / = δa / C A / C δ / AC / =.44 [mv/v] = [V] Wsawiając uzyskane warości do równania (3) orzymujemy: δ C = [V] Błąd pomiaru momenu arcia oliczono dla dwóch skrajnych warości 0 i 0 V. W en sposó sało się możliwe przyliżone rozdzielenie składowych łędu: zależnej i niezależnej od mierzonej warości. zyskano nasępujące wyniki: ä 0 0 ä Dla Dla ( ) ä + ä + ä = C= 0V O C ( ) ä + ä + ä = C= 0V C = 0 V C = 0 V O δ 0 δ 0 C = mn m O O = mn m Przyjmując, że łąd δ dla C = 0 V nie zawiera składowej zależnej od mierzonego momenu arcia, odniesiono różnicę δ δ do zakresu pomiarowego, co pozwoliło na 0 0 oszacowanie ou składowych. Wykonane oliczenia pozwalają swierdzić, że łąd pomiaru momenu arcia w sanowisku mieści się w granicach: ± [mn m] ± 0. % mierzonej warości. (5) LITERATRA. Janowska J.: Analiza merologiczna wyników adań na przykładzie łożysk ślizgowych. onferencja Prolemy Niekonwencjonalnych kładów Łożyskowych, Łódź, 995, aeriały konferencyjne s Janowska J.: Wpływ meody wyznaczania krzywych Sriecka na ich przeieg w adaniach miniaurowych łożysk ślizgowych. Praca dokorska, Warszawa Janowska J.: Wpływ meody adawczej na wyniki wyznaczania charakerysyk arcia miniaurowych łożysk ślizgowych. onferencja Prolemy Niekonwencjonalnych kładów Łożyskowych, Łódź, 997, aeriały konferencyjne s Jaworski J.: aemayczne podsawy merologii, Warszawa, WNT Oalski J.: Podsawy merologii, Warszawa, PWN Piorowski J.: Podsawy merologii, Warszawa, PWN Srzałkowski A., Śliżyński A.: aemayczne meody opracowywania wyników pomiarów, Warszawa, PWN 978 ETROLOGICAL PROPERTIES OF THE EASREENT SYSTE ABSTRACT The mehod of merological analysis of he daa channels in he measuremen sysem in case of measuremen of a fricion orque in small sliding earings Recenzen: Jan Burcan 7