ОЦЕНКА И УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ИСТОЧНИКОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ МОМЕНТОВ СИЛ

ОЦЕНКА И УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ИСТОЧНИКОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ МОМЕНТОВ СИЛ

Блюменталь Э.С., Сердюкова Т.В.

Белорусский национальный технический университет

Минск, Республика Беларусь

В последнее время увеличивается потребность в средствах измерений крутящего момента. Это связано с ужесточением требований по безопасности и с возрастанием количества объектов обязательной сертификации. Однако при этом потребителю трудно правильно подобрать подходящее средство измерений. Наиболее затруднительным является выбор диапазона измерений и допускаемой погрешности (класса точности) динамометрического (моментного) ключа. Часто потребитель не знает технические требования, которым должен соответствовать необходимый ему динамометрический ключ. Во многих технических документах измеряемый момент указывается без допуска, в некоторых случаях указывается осевая сила, которую необходимо контролировать путем измерения момента закручивания винта (гайки) в винтовой паре. В таком случае нужен специальный расчет момента, оценка точности которого затруднена из-за наличия коэффициента (угла) трения.  В большинстве случаев отсутствует методика выполнения измерений (МВИ), учитывающая все основные источники возникновения погрешностей. При этом учитывается только инструментальная погрешность измерений, потому что измерение моментов сил динамометрическими ключами представляется простой операцией. Практика показывает, что даже при учете только инструментальной погрешности, не всегда применяется соотношение 1\3…1\4 между ней и допуском на измеряемый момент. Иногда инструментальная погрешность измерений составляет 80…90 % от допуска на измеряемый момент, что практически исключено при выборе средств измерений линейных величин.   Такая ситуация приводит к неправильному выбору или применению средств измерений. Мало выбрать ключ с необходимым диапазоном измерений и допускаемой погрешностью. Нужно еще правильно описать МВИ. Ведь достаточно часто методическая погрешность измерений соизмерима с инструментальной, существенна также и субъективная погрешность измерений.

Методическая погрешность измерений возникает практически всегда из-за зазора между квадратом динамометрического ключа и отверстием в детали, к которой прикладывается измеряемый момент сил. По сути, измеряется момент, приложенный к средству измерений, а момент, передаваемый на деталь всегда меньше, так как ось ключа расположена под углом к оси отверстия. Допуски на квадраты ключей и квадратные отверстия под ключи от 6.3 мм до 25 мм регламентированы ТНПА. Поэтому допустимые зазоры между квадратом ключа и отверстием под квадрат легко рассчитываются. Они составляют от 0.365 мм до 0.515 мм. В зависимости от длины опорной части квадрата можно рассчитать перекос оси. Методическая погрешность за счет перекоса по расчету составляет 0.2…0.5 % от измеряемой величины. Однако практические исследования с помощью двух ключей, в схеме, когда у одного из ключей фактически отсутствует перекос, показали, что погрешность может достигать и 1 %. Это связано с отклонением от плоскостности граней отверстия и квадрата и скруглениями его ребер. Применение различных насадок и удлинителей для динамометрических ключей также вызывает увеличение методической погрешности за счет перекоса осей ключа и отверстия. На практике чаще всего применяют одну, реже две насадки. Таким образом, погрешность может возрасти до 1.5 % от измеряемой величины. Причем эта погрешность является систематической. При правильной МВИ ее можно свести до пренебрежимо малой или учесть.

Субъективная погрешность измерений – это погрешность отсчитывания  или погрешность манипулирования. При использовании шкального (показывающего) ключа возникает погрешность отсчитывания. Практически опытный оператор определяет на глаз 1\10, а неопытный –1\5 деления. Учитывая существующее соотношение между точностью ключей и ценой деления шкалы, можно определить значение погрешности отсчитывания для наиболее широко применяемых ключей класса точности 2.5 и 4 – 0.2…0.5 % от измеряемой величины. При использовании щелчкового ключа возникает погрешность манипулирования при выставлении необходимого предела срабатывания.  Эта погрешность не превышает 0.1…0.2 %.  При совпадении значения измеряемой величины со штрихом на шкале прибора или на его рукоятке погрешность отсчитывания или манипулирования не превышают 0.05…0.1 %.

 Дополнительная погрешность щелчкового ключа связана  с субъективным восприятием щелчка на слух, а также с отличием условий применения ключей от условий калибровки (поверки), в первую очередь, скорости и плавности приложения момента сил.

При использовании электронных ключей с числовым отсчетом субъективные погрешности практически исключаются. Зато многие высокоточные электронные ключи чувствительны к изменениям условий измерений (температура, влажность, вибрация, легкий удар), которыми можно пренебречь при использовании механических ключей. В некоторых электронных ключах при ударе получается скрытый дрейф нуля, когда после очередного выключения-включения прибор показывает 0, а на самом деле начинает отсчет с другого значения.

Таким образом, при разработке МВИ моментов сил необходимо следующее.

1.     Выбирать ключ по возможности с работой в середине диапазона.

2.     Исключить или ограничить применение насадок.

3.     Применять в серийном производстве уплотнители для уменьшения зазоров между квадратом прибора (насадки) и отверстия.

4.     Определить практически угол перекоса осей прибора и отверстия и учесть при измерениях.

5.     Выбирать  в серийном производстве по возможности ключи с совпадением значения измеряемой величины с отметкой шкалы или штрихом на рукоятке щелчкового ключа.

6.     При использовании электронных ключей иметь возможность после воздействия удара, других внешних факторов провести экспресс-калибровку по одной точке для проверки отсутствия скрытого дрейфа нуля.

7.     При серийном производстве применять ключи, калиброванные на одно-два значения с отметками на шкале или ручке.

8.      При отсутствии опыта в разработке МВИ моментов сил выбирать ключи с инструментальной погрешностью не более 20% от допуска на измеряемый момент.