Приложение 8 (обязательное). Методы измерения при испытаниях. Измерительные приборы

Приложение 8
(обязательное)

Методы измерения при испытаниях.
Измерительные приборы

1 Определения

В настоящем приложении применяются следующие термины с соответствующими определениями:

1.1 Канал записи данных

Канал записи данных включает все средства измерения, начиная с единичного преобразователя (или множественных преобразователей, выходные сигналы которых комбинируются определенным образом) и кончая любыми аналитическими процедурами, которые могут изменить частотную или амплитудную характеристику данных.

1.2 Преобразователь

Первый прибор в канале записи данных, используемый для преобразования физических количественных величин, подлежащих измерению, в другие количественные величины (например, в электрическое напряжение), которые могут быть обработаны остальными элементами канала записи данных.

1.3 Класс канала амплитудных характеристик: КАХ

Обозначение канала записи данных, которое отвечает определенным амплитудным характеристикам, как это определено в настоящем приложении. Цифра, обозначающая КАХ, в числовом отношении равна верхнему пределу диапазона измерения.

1.4 Характеристические частоты , ,

Эти частоты определены на рисунке 1.

1.5 Класс канала частотных характеристик КЧХ

Класс канала частотных характеристик обозначается числом, указывающим на то, что чувствительность канала по частоте находится в пределах, указанных на рисунке 1. Этот показатель в числовом отношении равен значению частоты в герцах.

Рисунок 1 - Кривая амплитудно-частотной характеристики

1.6 Коэффициент чувствительности

Нисходящий участок прямой линии, представляющий собой в наибольшем приближении значения калибрования, определенные методом наименьших квадратов в пределах класса канала амплитудных характеристик.

1.7 Калибровочный коэффициент канала записи данных

Среднее значение коэффициентов чувствительности, рассчитанных для частот, равномерно распределенных на логарифмической шкале:

между и .

1.8 Ошибка линеаризации

Коэффициент, выраженный в процентах и характеризующий максимальную разность между значением калибрования и соответствующим значением, определенным на прямой линии, указанной в 1.6, в верхнем пределе класса канала амплитудных характеристик.

1.9 Перекрестная чувствительность

Соотношение между выходным и входным сигналами, когда на преобразователь подается сигнал, возбуждения перпендикулярно оси измерения. Оно выражается в процентах чувствительности вдоль оси измерения.

1.10 Время запаздывания по фазе

Время запаздывания по фазе канала записи данных равно отношению запаздывания по фазе (в радианах) синусоидального сигнала к угловой частоте этого сигнала (в радианах в секунду).

1.11 Окружающие условия

Совокупность всех внешних условий и явлений, которым в данный момент времени подвергается канал записи данных.

2 Требования, предъявляемые к испытаниям

2.1 Ошибка линеаризации

Абсолютная величина ошибки линеаризации канала записи данных при любой из частот в КЧХ должна составлять не более 2,5% величины в КАХ по всему диапазону измерения.

2.2 Амплитуда как функция частоты

Амплитудно-частотная характеристика канала записи данных ограничивается кривыми, изображенными на рисунке 1. Линия 0 дБ определяется на основе калибровочного коэффициента.

2.3 Время запаздывания по фазе

Должно быть определено время запаздывания по фазе между входным и выходным сигналами канала записи данных, причем его отклонение не должно превышать 1/10 в пределах от 0,03 до .

2.4 Время

2.4.1 Исходное время

Исходное время должно регистрироваться и составлять не более 1/100 с с точностью до 1%.

2.4.2 Относительное время запаздывания

Относительное время запаздывания между сигналами двух или более каналов записи данных, независимо от класса их частотных характеристик, не должно превышать 1 мс без учета времени запаздывания по фазе, обусловленного сдвигом фазы.

Два или более каналов записи данных, сигналы которых комбинируются, должны иметь одну и ту же частотную характеристику, а их относительное время запаздывания в секундах не должно превышать 1/10 .

Это требование применяется к аналоговым сигналам, а также к импульсам синхронизации и к цифровым сигналам.

2.5 Перекрестная чувствительность преобразователя

Перекрестная чувствительность преобразователя не должна превышать 5% в любом направлении.

2.6 Калибрование

2.6.1 Общие положения

Канал записи данных калибруется по крайней мере один раз в год на контрольном оборудовании, выверяемом по известным стандартам. Методы, применяемые для проведения сравнений с контрольным оборудованием, не должны приводить к ошибке, превышающей 1% КАХ. Использование контрольного оборудования ограничивается диапазоном частот, для которых оно было откалибровано. Точность подсистем каналов записи данных может определяться отдельно, и по полученным результатам определяется точность всего канала записи данных. Это можно сделать, например, при помощи электрического сигнала известной амплитуды, имитирующего выходной сигнал преобразователя, который позволяет проверить коэффициент усиления канала записи данных без преобразователя.

2.6.2 Точность контрольного оборудования для калибрования

Точность контрольного оборудования должна быть указана в свидетельстве или подтверждена официально признанной службой метрологии.

2.6.2.1 Статическое калибрование

2.6.2.1.1 Ускорение

Погрешность не должна превышать 1,5% для данного класса канала амплитудных характеристик.

2.6.2.1.2 Сила

Погрешность не должна превышать 1% для данного класса канала амплитудных характеристик.

2.6.2.1.3 Отклонения

Погрешность не должна 1% для данного класса канала амплитудных характеристик.

2.6.2.2 Динамическое калибрование

2.6.2.2.1 Ускорение

Погрешность при контрольных ускорениях, выраженная в процентах от класса канала амплитудных характеристик, не должна превышать 1,5% для значений до 400 Гц, 2% - для значений в пределах от 400 до 900 Гц 2,5% - для значений свыше 900 Гц.

2.6.2.3 Время

Относительная погрешность контрольного времени не должна превышать .

2.6.3 Коэффициент чувствительности и ошибка линеаризации

Коэффициент чувствительности и ошибка линеаризации определяются посредством измерения выходного сигнала канала записи данных в зависимости от известного входного сигнала для различных значений этого сигнала.

Калибрование канала записи данных должно проводиться по всему диапазону класса амплитудных характеристик.

Для двунаправленных каналов используются как положительные, так и отрицательные значения.

Если оборудование для калибрования не может дать необходимый входной сигнал ввиду чрезмерно высоких значений величин, подлежащих измерению, калибрование должно осуществляться в пределах калибровочных значений величин; эти пределы должны отмечаться в протоколе испытания.

Весь канал записи данных должен калиброваться при частоте или при диапазоне частот со значимой величиной в пределах:

между и .

2.6.4 Калибрование амплитудно-частотной характеристики

Характеристики кривых фазы и амплитуды в зависимости от частоты определяются посредством измерения выходных сигналов канала записи данных в виде фазы и амплитуды как функции известного входного сигнала для его различных значений в пределах от до 10 КЧХ или 3000 Гц, в зависимости от того, какое из этих значений будет ниже.

2.7 Влияние окружающей среды

Необходимо регулярно проверять наличие влияния, оказываемого окружающей средой (то есть электрические или магнитные потоки, скорость движения кабеля и т.д.). Это можно сделать, например, посредством записи выходного сигнала свободных каналов, оборудованных временно установленными преобразователями. Если получены значимые выходные сигналы, необходимо провести корректировку, например, поменять местоположение или направление проводов.

2.8 Выбор и обозначение канала записи данных

КАХ и КЧХ характеризуют канал записи данных. КАХ составляет 1, 2 или 5 в десятой степени.

3 Установка преобразователей

Преобразователи должны жестко крепиться, с тем чтобы свести к минимуму ошибки при записи в результате вибрации. Приемлемым считается любое крепление, имеющее самую низкую частоту резонанса, равную по крайней мере пятикратной частоте рассматриваемого канала записи данных. Преобразователи ускорения должны, в частности, крепиться таким образом, чтобы начальный угол фактической оси измерения и соответствующей оси контрольной системы не превышал 5°, за исключением тех случаев, когда известна аналитическая или экспериментальная оценка влияния крепления на результаты измерения. Когда в какой-либо точке необходимо измерить ускорение в нескольких направлениях, то ось каждого преобразователя ускорения должна проходить не более чем в 10 мм от этой точки, а центр сейсмической массы каждого акселерометра должен находиться на расстоянии не более 30 мм от этой точки.

4 Запись данных

4.1 Аналоговая запись на магнитную ленту

Скорость ленты должна быть постоянной с отклонениями в пределах 0,5% от используемой скорости записи. Отношение сигнала к шуму магнитного записывающего устройства должно быть не менее 42 дБ при максимальной скорости ленты. Общее нелинейное искажение не должно превышать 3%, а ошибка линеаризации не должна превышать 1% диапазона измерения.

4.2 Цифровая запись на магнитную ленту

Скорость ленты должна быть постоянной с отклонением в пределах, не превышающих 10% от используемой скорости ленты.

4.3 Запись на бумажной ленте

В случае непосредственной записи информации скорость бумаги в м/с должна превышать не менее чем в 1,5 раза значение в герцах. В других случаях скорость бумажной ленты должна быть такой, чтобы была обеспечена аналогичная разрешающая способность.

5 Обработка данных

5.1 Фильтрация

Фильтрация, соответствующая частотам класса канала записи данных, может осуществляться либо в ходе записи, либо в ходе обработки данных. Однако до начала записи необходимо провести аналогичную фильтрацию на уровне, превышающем КЧХ, с тем чтобы использовать не менее 50% динамического диапазона записывающего устройства и уменьшить опасность насыщения записывающего устройства высокими частотами или возникновения других ошибок в процессе цифрового преобразования.

5.2 Цифровое преобразование

5.2.1 Пробная частота

Пробная частота должна составлять не менее 8 . В случае аналоговой записи, когда скорости записи и воспроизведения различны, значение пробной частоты может быть разделено на значение соотношения этих скоростей.

5.2.2 Разрешающая способность по амплитуде

Машинное слово должно включать не менее 7 битов и разряд контроля четности.

(Поправка серии 01).

6 Представление результатов

Результаты должны представляться на бумаге форматом А4 (ISO/R 216). Если результаты представляются в виде диаграмм, то оси координат должны быть проградуированы в масштабе, соответствующем множителю, кратному выбранной единице (например, 1, 2, 5, 10, 20 миллиметров). При измерениях используются единицы системы СИ, за исключением случаев измерения скорости транспортного средства, для которой можно применять единицу км/ч, а также для ускорений, возникающих в результате удара, для которых в качестве единицы измерения можно применять , где = 9,81 .