|
| |
|
Слаботочка Книги нивать основной и дополнительной составляющими случайной погрешности. Нормальными условиями испытания тензорезнсторов по ГОСТ 21616-76 являются: температура окружающей среды (25±10)°С; относительная влажность (65±15)%; атмосферное давление (101±3,3)кПа. Тогда за основную погрешность (в нормальных условиях) можно принять суммарную погрешность измерения, определяемую в этих условиях по составляющим (см. табл. 18). В общем виде основная погрешность будет определяться как Део=0,ОШо.5е- До,5 <PtK + (3-1: +№+5n)eM0-4J (115) В технических условиях на конкретные типы тензорезнсторов следует оценивать каждый член и в случае его малости из формулы (115) исключить. Для большинства тензорезнсторов, характеристики которых приведены в настоящей работе, погрешности от функции влияния температзфы на чувствительность и от дрейфа при нормальных условиях будут малы и их можно в уравнение (115) не вводить. Кроме того, следует отметить, что хотя составляющая Основной погрешности от производной температурной характеристики сопротивления (ТХС) и будет вносить заметный вклад [а иногда при больших значениях производной d(25)/df будет определяющей в значении Де], однако она в значительнее степени зависит от материала детали, на которую установлен тензорезистор, и ее целесообразно отнести к дополнительной погрешности и в уравнение (115) также не вводить. Составляющую же погрешность от ТХС в основной погрешности тензорезнстора предлагается оценивать как в случае схемной компенсации (при /и=0), когда (см. табл. 18) \ ЗК Основная погрешность тензорезнстора как средства измерения деформаций может быть записана в виде Д8о=0,ОШо,5е ±XsX X /[J+Ul-lO~*i-SUO*+[ ЮО). (116)
Для некоторых типов тензорезнсторов основная погрешность, рассчитанная по формуле (116) при е=1000 млн-, приведена в табл. 19. Там же приведены нормируемые параметры, используемые при расчете, где было принято, что По,5 = 0,7П1, По.з=0,5П1. Коэффициент К в нормативном документе по оценке погрешности измерения деформаций проволочными и фольговыми тензорезисторами [52] для Р=0,95 принят равным 2. Как видно из табл. 19, у этих типов тензорезнсторов основная погрешность определяется, главным образом, рассеянием чувствительности в партии. Дополнительная погрешность Двд будет зависеть в рабочих условиях измерения от дополнительных составляющих частных погрешностей, не вошедших в Аго- Суммарная погрешность средств измерения в рабочих условиях эксплуатации As =М [Део] + М [AsJ + X ]с1Л,- 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАСЧЕТНЫХ ЗНАЧЕНИИ ПОГРЕШНОСТИ Проверка расчетных формул была проведена путем сравнения расчетных и экспериментальных значений погрешности при измерении деформаций тензорезисторами ВТК в условиях воспроизведения действительных процессов измерения при температурах до 400С. Тензорезисторы ВТК с чувствительной решеткой из константана фирмы «Драйвер Харрис» и со связующим из высокотемпературного цемента Ц-10 разработаны для измерения статических деформаций при постоянных и переменных температурах до 400С в течение 3 ч. Характеристики, определенные при различных температурах на выборках, взятых из той же
партии исследуемых тензорезисторов, приведены в табл. 20, параметры температурной характеристики сопротивления указаны при установке тензорезисторов на балку из стали 1Х18Н9Т. На основе данных табл. 20 можно принять, что Фг=1. Экспериментальное определение погрешности при измерении деформаций Де в условиях, воспроизводящих действительные условия измерения деформаций при повышенных температурах, проводилось путем сравнения значений заданной деформации, измеренной в этих условиях с помощью тензорезисторов ВТК (бт) и механическим методом (ем) по измерению прогиба балкн с помощью индикатора, т. е. Де=(е е„)/е„. Для этого исследуемые тензорезисторы наклеивались на шар-нирно-опорную балку из стали 12Х18Н9Т установки ПТ-2 [24], нагружаемую по схеме чистого изгиба. В этом случае Sm=4 (/p-/o). где Л -толщина балки; /о и /р -прогибы ненагруженной и нагруженной балки при Р=0 и P=Ptnix. соответственно и при заданной температуре; L - длина балки. Установка ПТ-2 позволяет осуществлять нагрев до 400°С в течение примерно 1-2 ч и быстрое (в течение 2-3 мин) и медленное (30-60 мин) нагружения балки. Балки и установка ПТ-2 проходили метрологическую аттестацию. Отклонения в ширине b и толщине h по длине рабочей части балки не превышали допустимых пределов ДЬ = = ±0,5% и ДЛ=±0,2%, и деформация балки на всей рабочей части была принята одинаковой. Точность измерения заданной деформации е" при всех температурах до 400°С оценивалась погрешностью ±1,5%. Деформации ет балки измерялись при постоянных температурах с использованием схемной компенсации и без нее, а при переменных температурах-с использованием схемной компенсации или с применением ме- тода внесения поправки на температурную характеристику сопротивления. Точность измерения температуры в последнем случае оценивалась предельным значением Дп=±2°С. Вовремя, прошедшее между измерением /о и /р, которое длилось от 2-3 до 60 мин, заданная температура оставалась постоянной в пределах Д=±3С. При оценке расчетных Дерас значений погрешностей измерения деформаций учитывались составляющие Д- от рассеяния чувствительности, от максимальных в выборке значений ползучести (считая их предельным значением неисключенного остатка систематической погрешности и принимая £>п ==Птах) и от температурной характеристики сопротивления. Погрешности от дрейфа выходного сигнала тензорезистора при расчете Дерас не учитывались в связи с недостаточной изученностью этой характеристики у тензорезисторов ВТК- При расчете во всех случаях значения %=2. При постоянной температуре и применении схемной компенсации измеренная деформация ет определялась по характеристике преобразования (?р-?о)а а расчетное значение Дерас погрешности измерения деформа- ций - по формуле У2а:/ДМооо При схемной компенсации тензорезисторы, наклеенные на балку друг под другом (растягиваемые и сжимаемые), соединялись в полумост, т. е. т=-1. Заданная деформация ез принята равной 1500 млн-. Подставляя в формулу (117) .эти значения и приведенные в табл. 20 параметры тензорезисторов ВТК, а также значения Д/, получаем, что прн 400°С -Дерао = =±4,6%. Экспериментальные значения погрешностей Де для девяти пар тензорезисторов ВТК при этих температурах и различном времени нагружения приведены на рис. 61, откуда следует, что максимальные значения экспериментально определенных погрешностей при всех нагружениях (26 реализаций) не превышали Детах =4,9%; это согласуется с предельным расчетным значением погрешности. При измерении в условиях постоянной температуры без схемной компенсации (единичные тензорезисторы) характеристика преобразования для определения измеренной деформации будет hi,,, is,,  i S 7 Э till IS 1113  1 5 7 3 If fJtSniS 2 6 8 mt2n 161820 Номера пар тензорезисторов 1 ЦЭи 13151Ш 1 6 810 Z 1161820 Рнс. 61. Экспериментальные значения погрешности измерения деформации тензорезнсторамн ВТК прн нспользованнн схемной компенсации в условиях постоянных температур (400°С): а - в - время нагружения 2, 35 и 60 мни соответственно а расчетная погрешность определяется как Ас=± (Х5,)НПша.+ Расчетные значения погрешности в этом случае при 400С оценивались как Аерас ==7,5%. Экспериментальные значения погрешности, измеренные десятью тензорезисторами ВТК (рис. 62), при всех 50 реализациях в условиях нагружения за 3-35 мин только в двух случаях (Де,=8,5% и Дег = 8,0%) превысили расчетное значение погрешности. При времени нагружения, равном 55 мин, экспериментальная погрешность при 400С увеличивается еще у двух тензорезисторов, доходя до 8,5-10%, что связано с влиянием температурного дрейфа тензорезисторов, который не учитывался при расчетах. При переменной температуре и схемной компенсации характеристика преобразования где фн - начальный отсчет при начальной температуре t«, а расчетное значение погрешности Дс=±[/ (>.5,)2 + nLx + В этом случае при переменной температуре от f„ = 20°C до /=400°С расчетные значения погрешности равны Дерас = = 7,6%. Экспериментальные значения погрешности измерения деформаций, полученные девятью парами тензорезисторов ВТК
3 4 6 7 8 3 1011121314 Номера тензорезисторов  3 4 6 7 8 3 1011121314 34 6 7 8 31011121314 34 6 7 8 3 1011121314 Номера тензорезисторов г) д) Рис. 62. Экспериментальные значения погрешности измерения деформаций тензорезнсторамн ВТК без схемной компенсации при постоянной температуре 400°С и различном времени нагружения, мнн: а - в - Ъ; г, а -25 и 55 при переменной температуре от 20 до 400.С, при различном времени нагружения (2-60 мин) и времени прогрева (40- 170 мин) при 400С не превышали 8% (рис. 63), что хорошо согласуется с расчетными значениями и указывает на компенсацию температурного дрейфа, не учитываемого при расчетах. При переменной температуре и использовании метода внесения поправки на температурную характеристику сопротивления характеристика преобразования имеет вид: t = -7;IS-(S.-S/h)], а расчетные значения погрешности оцениваются как (t-t„) 4K4>i (118) Значения погрешностей, рассчитанных по формуле (118), т. е. без учета влияния дрейфа выходного сигнала, составляют: Дерас 1 = 10,2% при изменении температуры от /н=20° до t= =400°С. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [20] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||