ГОСТ Р ИСО 16063-12-2009 Вибрация. Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 12. Первичная вибрационная калибровка на основе принципа взаимности

     8 Метод калибровки

8.1 Общие положения

При калибровке электромеханических преобразователей на основе принципа взаимности используют представление преобразователей в виде электромеханических четырехполюсников, у которых отношения электрических и механических величин связаны между собой. Метод предполагает использование трех преобразователей. Один из них является калибруемым акселерометром, другой используют как источник вибрации, третий - в качестве обратимого преобразователя, т.е. как источник и как приемник вибрации. В качестве обратимого преобразователя можно использовать преобразователи как электродинамического, так и пьезоэлектрического типа. Однако на практике при калибровке на основе принципа взаимности в качестве обратимого преобразователя гораздо чаще используют электродинамические преобразователи. В настоящем стандарте в качестве обратимого преобразователя используется катушка возбуждения электродинамического вибростенда, которую располагают в непосредственном контакте с калибруемым акселерометром.

Преобразователь, используемый как источник вибрации, может быть либо вспомогательным вибровозбудителем, механически соединенным с подвижным элементом, содержащим катушку возбуждения и калибруемый акселерометр, либо еще одной катушкой возбуждения, соединенной с тем же подвижным элементом. Если в качестве источника вибрации выбран преобразователь электродинамического типа, то следует принять меры, чтобы исключить взаимное влияние электродинамических преобразователей через создаваемые ими электромагнитные поля, снижающее точность калибровки. На рисунках 1 и 2 показаны примеры блок-схем испытательных установок, используемых для калибровки на основе принципа взаимности, где калибруемый акселерометр установлен внутри вибростенда вместе с его катушкой возбуждения, а в качестве дополнительного источника вибрации применен вспомогательный вибровозбудитель.

1 - генератор частоты; 2 - усилитель мощности; 3 - частотомер; 4 - измеритель отношения напряжений; 5 - осциллограф (необязательный элемент); 6 - согласующее устройство (усилитель заряда); 7 - измеритель коэффициента гармоник; 8 - вибростенд с катушкой возбуждения; 9 - калибруемый акселерометр; 10 - образцовый резистор; 11 - добавленный груз

Рисунок 1 - Блок-схема испытательной установки для определения комплексной электрической проводимости

1 - генератор частоты; 2 - усилитель мощности; 3 - частотомер; 4 - измеритель отношения напряжений; 5 - осциллограф (необязательный элемент); 6 - согласующее устройство (усилитель заряда); 7 - измеритель коэффициента гармоник; 8 - вибростенд с катушкой возбуждения; 9 - калибруемый акселерометр; 10 - вспомогательный вибровозбудитель

Рисунок 2 - Блок-схема испытательной установки для определения комплексного отношения напряжений

Калибровку проводят на частотах много ниже частот резонансов подвижного элемента, содержащего катушку возбуждения вибростенда и калибруемый акселерометр. Для определения частот резонансов в поперечном и в осевом направлениях может быть использован трехкомпонентный акселерометр с достаточно высокими частотами собственных резонансов. Отличия колебаний подвижного элемента от колебаний абсолютно твердого тела могут быть выявлены посредством относительных измерений на его верхней (монтажной) поверхности. В идеальном случае поперечные и осевые резонансы следует определять при помощи трехкомпонентного акселерометра, установленного на монтажном приспособлении, так чтобы сумма масс этого акселерометра и монтажного приспособления была равна массе наибольшего груза, используемого для определения значения (см. 8.2.1). Не следует выполнять калибровку в области низкочастотных резонансов, обусловленных подвеской подвижного элемента, которые не рассматриваются как его собственные резонансы.

При проведении измерений катушку возбуждения вибростенда используют как источник вибрации (см. 8.2.1) и как ее приемник (см. 8.2.2). В последнем случае катушка возбуждения выступает в качестве велосиметра. Если катушка возбуждения является источником вибрации, то измерения проводят вначале без добавленного груза, а потом с добавленными грузами, устанавливаемыми на подвижный элемент вибростенда. Важно, чтобы все измерения были проведены в одинаковых температурных условиях и чтобы добавление грузов не изменяло статического положения катушки возбуждения в магнитном поле вибростенда. Допустимы колебания температуры не более 1 °C - 2 °C. Изменения статического положения катушки возбуждения в магнитном поле компенсируют увеличением подаваемого на нее постоянного напряжения. По возможности следует обеспечить все испытательное и измерительное оборудование единой точкой заземления, что позволит избежать появления паразитного контура заземления. Измерения напряжения на катушке возбуждения и на образцовом резисторе следует проводить с использованием измерительной цепи минимальных размеров, чтобы избежать наведенных помех. При измерении отношения напряжений (см. 8.1.2) образцовый резистор может быть удален из цепи или закорочен. Если выбран вариант с закороченным резистором, то необходимо убедиться, что это не приводит к появлению дополнительного источника неопределенности измерений вследствие индуктивных эффектов.

Калибровку проводят на опорной частоте 160 Гц при опорном значении амплитуды ускорения, а затем на других частотах и амплитудах калибровки. Результаты измерений должны быть выражены в виде модуля и/или фазового сдвига комплексного коэффициента преобразования. Для каждого сочетания частоты и амплитуды ускорения следует соблюдать условия ограничений на искажения формы сигнала, поперечные и угловые колебания стола, шум и помехи, чтобы удовлетворить требования по неопределенности измерений согласно разделу 3. Оборудование, не используемое при калибровке, должно быть отсоединено от измерительной цепи.

8.2 Измерения

8.2.1 Измерения для определения комплексной электрической проводимости

В процессе данных измерений (см. рисунок 1) катушка возбуждения электродинамического вибростенда является источником вибрации. Значение комплексной электрической проводимости (определяемой как отношение силы тока в катушке возбуждения к напряжению на разомкнутом выходе калибруемого акселерометра) рассчитывают по формуле

,

где - падение напряжения на образцовом резисторе;