Etalonarea cu pendul ballistic [307188]

Etalonarea cu pendul ballistic

Cuprins:

Consideratii teoretice

Etalon:-definitie;

-tipuri de etaloane;

-exemple de etaloane.

1.2 Factori de influenta: -temperatura;

– umiditatea;

– zgomotul acustic;

– influenta conductorilor de legatura;

Accelerometru:-definitie;

-principii fizice;

-structura;

-aplicatii;

-tipuri de accelerometre.

-Principii de etalonare a accelerometrelor/ exemple/ factori de influenta

1.4 Pendul: – definitie;

– tipuri de penduluri: a) [anonimizat], fizica:

– pendul gravitational;

– pendul cicloidal;

– pendul conic;

b) [anonimizat], tehnica,

tehnologie: a) pendul fizic;

b) pendul de torsiune;

c) pendul Foucault;

d) pendul Kater;

1.5 Pendulul Balistic: -definitie;

– ecuatiile pendulului: a) derivatia simpla;

b) formula lui Robin;

c) formula lui Poisson;

d) pendulul balistic a lui

Ackley

1.6 [anonimizat], raportată la unitatea de timp.

Metodele de măsurare care urmăresc determinarea parametrilor șocurilor și a vibrațiilor mecanice sunt parte integrantă a măsurării electrice a mărimilor neelectrice. Acestea fac parte din procesul complex de analiză și monitorizare a mărimilor mecanice care pot interveni în aplicațiile tehnologice actuale.

În tehnica de măsurare a șocurilor și a vibrațiilor, problema se poate pune în două moduri diferite .

Prima variantă se referă la măsurarea nivelelor vibrațiilor sau a mărimilor de ieșire și compararea lor cu anumite valori standard. [anonimizat].

Din a [anonimizat], de obicei armonice. În aceste condiții se măsoară mărimile de ieșire și se determină caracteristicile dinamice ale sistemului. Prin acest studiu se urmăresc:

– identificarea frecvențelor proprii și a formei modurilor proprii de vibrație;

– măsurarea caracteristicilor dinamice ale sistemului: amortizări, rigidități, mase echivalente;

– [anonimizat] a aprecia corectitudinea modelului matematic folosit;

– [anonimizat].

Mișcarea vibratorie (liniară sau unghiulară) produsă de un șoc sau de o vibrație a unui punct al unei structuri sau a [anonimizat], viteză, accelerație sau deformație specifică dinamică. [anonimizat], [anonimizat].

În figura de mai jos este prezentată dependența de frecvență a [anonimizat], pentru semnale sinusoidale.

Dependența de frecvență a deplasării, vitezei sau accelerației

Măsurarea deplasării pune accent pe componentele de frecvențe joase ale vibrației (limitate la ordinul sutelor de kHz).

[anonimizat]-le pe celelalte.

[anonimizat] s-au concentrat asupra unui segment special înspre care și-au îndreptat cercetările. În acest sens s-a pus accent pe trei mari direcții prioritare:

– realizarea unor traductoare analogice clasice, care utilizează cristale piezoelectrice sau elemente mecanice rezonante, atașabile pe diverse mase vibrante sau pe elemente de test (seriile Q- și ACCELEREX de la HONEYWELL);

– implementarea accelerometrelor și a traductoarelor de șocuri și vibrații în module complexe compatibile cu unitățile de comandă electronică a autovehicolelor (sistemele CLEAR sau TRANSVU de la SIEMENS);

– utilizarea tehnologiilor MEMS în realizarea unor senzori cu dimensiuni reduse și performanțe deosebite, ușor de adaptat în diverse module (accelerometrele triaxiale din seria SMB dezvoltate de BOSCH).

Traductoare pentru șocuri și vibrații

În tehnica măsurării vibrațiilor trebuie făcută distincția dintre traductor și senzorul de vibrații.

Prin senzor înțelegem acel element component al traductorului în care se realizează procesul fizic de conversie a variației mărimii mecanice (deplasare, viteză, accelerație, forță) în variație a unei mărimi electrice.

Traductorul

Este ansamblul constructiv care, în afară de senzor, conține încă o serie de elemente care fac posibilă prelucrarea semnalului și transmiterea lui dispozitivelor de măsură auxiliare.

Atunci când dorim să alegem un anumit tip de traductor de vibrații, trebuie să ținem cont de următoarele aspecte:

– sensibilitatea ansamblului element sensibil – adaptor;

– domeniul dinamic (valorile minime, maxime pentru porțiunea liniară a caracteristicii de transfer);

– domeniul de frecvență;

– precizia traductorului;

– stabilitatea caracteristicilor traductorului în timp și sub influența factorilor de mediu.

Traductoarele utilizate în măsurarea vibrațiilor sunt pasive (rezistive, tensometrice, inductive, capacitive, etc.) și active (piezoelectrice).

Calibrarea aparatelor

Calibrarea aparatelor folosite la măsurarea șocurilor și vibrațiilor constă în determinarea relației dintre mărimea de ieșire a traductorului (fie ea electrică sau mecanică) și mărimea de intrare (deplasare, viteză, accelerație), cu alte cuvinte determinarea sensibilității. Felul și numărul operațiilor de calibrare depinde atât de tipul aparatului cât și de destinația sa. În general sunt necesare următoarele determinări:

Sensibilitatea în intervalul util de frecvențe.

Este necesar să se cunoască raportul dintre mărimea de ieșire și cea de intrare la toate frecvențele de lucru. De regulă, acest raport se măsoară în apropierea mijlocului intervalului, reprezentând apoi grafic abaterile de la această valoare, variind frecvențele pe toată gama de lucru.

Sensibilitatea în diferite condiții de lucru.

Pentru a putea obține rezultate precise în condiții de lucru care diferă mult între ele, este necesar să se determine efectul anumitor factori asupra caracteristicilor senzorului. Dintre aceștia, cei mai importanți sunt: temperatura, variația tensiunii de alimentare, radiațiile, zgomotul acustic, câmpul electromagnetic, altitudinea și umiditatea.

Sensibilitatea în intervalul util de amplificare.

Dacă este de așteptat ca vibrația sau șocul care se va măsura să prezinte un interval mare de amplitudini posibile, caracteristicile senzorului trebuie stabilite atât la o amplitudine mare, cât și la una mică pentru a determina efectul zgomotului, precizia și neliniaritatea.

Stabilitatea în timp.

Sensibilitatea majorității aparatelor pentru măsurarea șocurilor și vibrațiilor este relativ stabilă în timp. Totuși, este bine ca aparatele să fie reetalonate periodic, pentru a se asigura precizia și siguranța în funcționare.

Toate considerațiile prezentate mai sus reprezintă doar o mică parte a domeniului abordat, cercetările tinzând permanent să perfecționeze soluțiile actuale și să găsească metode mai eficiente în determinarea, măsurarea și monitorizarea șocurilor mecanice.

Factori de influență

Rezultatele oricărui proces de măsurare pot fi influențate de diverși factori. Efectele perturbatoare pot fi generate de mediul ambiant în care se desfășoară măsurarea sau de materialele și aparatele auxiliare utilizate. Dintre cele mai importante surse de erori am putea menționa: variația temperaturii și a umidității, zgomotul acustic (efecte ale mediului ambiant) și influențele conductoarelor de legătura (efecte ale materialului auxiliar).

Temperatura.

Sensibilitatea, frecvența proprie și amortizarea unui senzor pot fi influențate de temperatură. Efectele care se produc depind de tipul senzorului și construcția sa. Pentru a minimiza efectele temperaturii se poate aplica una din următoarele metode:

– temperatura senzorului se menține constantă prin încălzire sau răcire locală;

– rezultalelor măsurărilor li se vor aplica anumite corecții adecvate.

Umiditatea

Poate influența caracteristicile unor anumite tipuri de aparate. În general, un senzor care are impedanța electrică mare este influențat de umiditate în măsură mai mare decât un senzor cu impedanța electrică joasă. Aparatele care pot fi influențate nefavorabil de umiditate sunt de regulă încapsulate ermetic.

Zgomotul acustic.

Vibrațiile sunt adesea însoțite de energie acustică de mare intensitate. Dacă părțile componente ale traductorului sau ale aparatajului auxiliar pot vibra ca urmare a excitării acustice, este posibil să apară erori mari în semnale generate. Uneori, sursa de energie acustică este tocmai vibrația care se măsoară, alteori energia acustică este cea care produce vibrația măsurată și în acest caz raportul dintre energia acustică și vibrație este destul de mare pentru a produce erori serioase. De regulă un accelerometru supus la zgomot acustic nu produce o mărime electrică de ieșire echivalentă cu tensiunea produsă de o accelerație de 1g decât după ce presiunea sonică a zgomotului acustic depășește 150 dB. La o presiune sonică atât de înaltă este probabil că elementele vibrației mecanice au valori ridicate și eroarea introdusă de zgomotul acustic nu va fi importantă.

Influența conductoarelor de legatură.

Funcționarea corectă a unei instalații pentru măsurarea vibrațiilor necesită caracteristici mecanice și electrice adecvate ale conductorului care conectează senzorul la aparatele auxiliare. Un cablu prea rigid sau prea greu poate altera răspunsul la vibrații al structurii pe care este montat aparatul. Caracteristicile electrice ale conductorilor sunt deosebit de importante în cazul aparatelor cu impedanță electrică mare, cum sunt de exemplu accelerometrele cu traductoare piezoelectrice. Deformarea mecanică a conductorului poate genera un semnal electric sau poate introduce în circuit un zgomot electric extern. Rezistența, capacitatea și impedanța electrică a cablului sunt factori care pot influența răspunsul la diferite frecvențe al multor tipuri de traductoare.

Aplicatii

Datorită necesității determinării unor deplasări, viteze sau accelerații aplicațiile traductoarelor de șocuri mecanice și a accelerometrelor se pot regăsi în:

– industria constructoare de mașini – sisteme active de siguranță și optimizare a ținutei de drum a autovehicolelor,

– medicină – metode neinvazive de determinare a presiunii sanguine;

– sport – monitorizarea parametrilor sportivilor (viteză, distanță parcursă);

– sisteme de securitate – sisteme antiefracție;

– logistică și transport – monitorizarea sau determinarea exactă a momentului în care s-a produs un șoc asupra încărcăturii;

– protecția dispozitivelor electronice portabile – sisteme de protecție a hard disk-urilor la laptopuri, pocket PC-uri, PDA-uri, etc;

– aparatură optoelectronică – stabilizarea imaginii prin sesizarea mișcărilor necontrolate.

Datorită dezvoltării în ultimii ani a tehnologiilor MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), s-a revenit la încorporarea în cadrul traductoarelor a unor elemente sensibile clasice cum ar fi elementele: piezoelectrice, piezorezistive, mangetoelastice, magnetostrictive, magnetorezistive, Hall, capacitive, etc.. Aceste elemente conduc la un răspuns cât mai ușor de prelucrat, stabil în timp și la condiții extreme.

Exemple

Senzori de Accelerație High g

Sisteme MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems) bazate pe accelerometre, fiind proiectate să detecteze schimbări în forță datorită căderii, mișcării, schimbării poziției, șocului, înclinării și vibrației. Portofoliul de accelerometre între 100g … 250g este soluția ideală pentru aplicații în industria auto. Portofoliul cuprinde accelerometre cu diverse tipuri de semnale de ieșire:
• ieșire analogică: MMA12XX, MMA 23XX,
• ieșire DSI: MMA16XX, MMA26XX, MMA8XXXEG

MMA9550L – Platforma inteligentă de sesizare a mișcării

Acest dispozitiv reprezintă în industrie prima platformă inteligentă, de mare precizie pentru sesizarea mișcării care poate controla multiple intrări de senzori și poate stabili decizii la nivel de sistem pentru a permite noi aplicații ca recunoașterea gesturilor, funcționalități legate de mers și compensarea înclinării și păstrarea echilibrului. Dispozitivul are un nivel ridicat de configurare și adaptare la diverse tipuri de senzori, iar deciziile se iau pe baza unor calcule complexe care interpretează informațiile de la senzori. Prelucrarea avansată este realizată printr-un procesor V1 ColdFire cu 32 biți care permite luarea de decizii contextuale. Având până la 12 intrări de la senzori, platforma MMA9550L este programată și configurată cu CodeWarrior Development Studio 6.3 software, care ridică aplicațiile la nivelul generației următoare, folosind algoritmi de bază pe 32 biți.

Rezonatorul Helmholtz

Acest experiment simplu folosește o sticlă de 2 litri și un accelerometru X6-2 pentru a demonstra ecuația Helmholtz pentru o rezonanță într-o cavitate. Procedura de testare este apoi aplicată pe un difuzor subwoofer pentru a determina frecvența de rezonanță a incintei și performanța difuzor.

unde: ∇2- este Laplacianul;

k- este forma de unda;

este amplitudinea.

Accelerometru X6-2 USB utilizează un accelerometru digital de zgomot redus pe 3 axe , timp precis de date de logare ștampilat, stocare de memorie microSD, accesul la date în timp real și conectivitate USB. Accelerația este măsurată în funcție de axele X , Y , Z și depozitate la o rată selectată de utilizator de până la 320Hz. Când este conectat prin USB la un calculator, accelerometrul X6-2 apare ca un dispozitiv de stocare care conține delimitat fișierele de date și fișiere de configurat de către utilizator . Bateria internă de tip litiu -polimer se încarcă utilizând USBoferă aproximativ 36 de ore deînregistrare a datelor de la 320Hz.

Pe vasele de croazieră pe mare

X2-2 este un accelerometru care surprinde zgomotul de pe un vas de croazieră, comparând vibrația între un interior și o cabină exterioară.

Accelerometru USB X2-2 are o sensibilitate ridicată , zgomot redus , 3 axe de măsurare. Accelerarea este colectată pe axele X , Y și Z, la o rată de utilizare selectabilă până la 512Hz . Datele sunt colectate în funcție de timp și se înregistrează la un card de memorie flash microSD. Când este conectat prin intermediul USB la un calculator , accelerometrul X2-2

apare ca un dispozitiv de stocare standard ce conține fișierelor de date și fișierele de configurare ale utilizatorului. Bateria internă de tip litiu-polimer se încarcă folosind puterea USB și oferă aproximativ 10 de ore de date înregistrate la 512Hz .

Pendul

Un pendul este un sistem fizic sau abstract care, dacă este scos din poziția de echilibru, poate exercuta mișcări oscilatorii.

Tipuri de penduluri:

1.Pendul abstract, în matematică,fizică:

-pendul gravitational;

-pendul cicloidal;

-pendul conic.

2.Pendul fizic, în știință, tehnică și tehnologie:

-pendul fizic;

-pendul de torsiune;

-pendul Foucault;

-pendul Kater;

-pendul balistic.

Pendul gravitațional

Pendulul gravitațional reprezintă un sistem fizic, format dintr-un corp de masă m suspendat de un punct fix printr-un fir de lungime l, care efectuează o mișcare oscilatorie sub acțiunea forței gravitaționale. El a fost studiat pentru prima dată în profunzime de savantul italian Galileo Galilei și aplicat în studierea mișcării corpurilor.

Pendulul ideal

Pendulul ideal reprezintă un model matematic, unde se consideră că firul pendulului este inextensibil și nu are greutate proprie, iar corpul este punctiform și toată masa sa este concentrată în punctul respectiv.

Izocronicitatea micilor oscilații ale unui pendul gravitațional

Perioada unei oscilații efectuate de un pendul gravitațional rămâne constantă, indiferent de masa corpului atârnat de fir, atunci când oscilațiile sunt mici.

Oscilațiile cu o amplitudine mare, unde deviația firului față de poziția de echilibru depășește 5-6°, nu sunt izocrone. Pentru ca oscilațiile să aibă aceeași perioadă indiferent de amplitudine traiectoria circulară trebuie înlocuită cu o traiectorie cicloidală, după cum a demonstrat Christiaan Huygens, care a folosit acest principiu când a construit pendulul cicloidal.

Mărimi fizice caracteristice

În cazul oscilațiilor de amplitudine mică perioada unei oscilații complete efectuate de pendulul galilean este dată de formula:

unde

T = perioada (măsurată în secunde)

π = 3,1415926… (raportul dintre lungimea circumferenței unui cerc și diametrul lui)

l = lungimea firului (exprimată în metri)

g = accelerația gravitațională, aproximativ 9,81 m/s2 (depinde de locul de pe glob unde se efectuează măsurarea și de altitudine)

La amplitudini mai mari perioada se poate calcula folosind o serie infinită:

unde θmax este amplitudinea unghiulară a pendulului…

Pendulul cicloidal

Un pendul cicloidal este un punct material constrâns se se miște, fără frecare, pe un arc de cicloidă situat în plan vertical, asupra punctului material acționând doar greutateasa proprie.

Perioada

Oscilațiile pendulului cicloidal sunt izocrone, indiferent de amplitudinea lor, iar perioada este dată de relația:

unde: h este înălțimea cicloidei, iar g este accelrația gravitațională.

Perioada pendulului cicloidal este egală cu cea a unui pendul gravitațional de lungime l =  2 h.

Pendulul conic

Un pendul conic este un punct material constrâns se se miște, fără frecare, pe un cerc situat în plan orizontal, situat la o distanță determinată de un punct fix, a cărui proiecție pe planul cercului este chiar centrul cercului, asupra punctului material acționând doar greutatea sa proprie.

Perioada

Perioada oscilațiilor pendulului conic este dată de relația:

unde: h este distanța de la punctul fix la centrul cercului, iar g este accelrația gravitațională.

Perioada pendulului conic este egală cu cea a unui pendul gravitațional de lungime l = h.

Pendulul fizic

Un pendul fizic este un corp solid, care se poate mișca în jurul unei axe orizontale care nu trece prin centrul său de masă (centrul de greutate) și asupra căruia acționează doar greutatea proprie.

Ecuația de mișcare

Pendulul simplu

Dacă se neglijează frecarea, mișcarea pendulului fizic în funcție de timpul t poate fi descrisă de ecuația:

unde: θ este unghiul dintre perpendiculara din centrul de masă C pe direcția mișcării și verticală; m este masa corpului, g este accelerația gravitațională, l este distanța dintre C și axă, iar I este momentul de inerție al corpului față de axă.

Dacă este îndeplinită condiția de izocronism, adică unghiul θ este mic (mai mic decât 50), atunci se poate face aproximația , soluția acestei ecuații este:

unde : θ0 este valoarea unghiului θ la momentul t0 =  0.

Frecvența pendulului este:

Pendulul conic

La un pendul conic alcătuit dintr-un corp cu dimensiuni finite, iar dreapta ce unește punctul de suspensie cu centrul său de masă coincide cu o axă principală de inerție a corpului, iar elipsoidul de inerție în raport cu punctul de suspensie are axa conului drept axă de simetrie, viteza unghiulară de rotație a pendulului este dată de:

unde: l este distanța de la centrul de masă la punctul de suspensie, A este momentul de inerție în raport cu axa de simetrie, B este momentul de inerție ecuatorial, iar  este unghiul pe care îl formează axa de simetrie a pendulului cu verticala.

Pendul de torsiune

Un pendul de torsiune este format dintr-un corp solid atârnat de un fir care poate efectua mișcări de oscilație prin torsiunea firului de suspensie

Ecuația de mișcare

Dacă se neglijează frecarea, mișcarea pendulului de torsiune în funcție de timpul t poate fi descrisă de ecuația:

unde: α este unghiul poziției momentane, I este momentul de inerție al corpului față de axa de torsiune, iar K este coeficientul de torsiune al firului, definit de relația:

unde: M este momentul de torsiune când partea de jos a firului este rotită cu unghiul α.

Soluția ecuației diferențiale de mai sus este:

Perioada oscilațiilor pendulului de torsiune este dată de relația:

Exemple de construcții

Exemple de aparate care se construiesc pe baza pendulului de torsiune:

Balanță de torsiune, folosită la măsurători gravitaționale, foarte sensibilă.

Pendul magnetic, folosit la măsurători de magnetism. Aici corpul este un ac magnetic sau o bară magnetică. Perioada oscilației acestui pendul la amplitudini mici este:

unde: mm este momentul magnetic al corpului, H este componenta orizontală a câmpului magnetic pământesc.

Pendul Foucault

Pendulul lui Foucault este un dispozitiv experimental bazat pe pendulul gravitațional, realizat de fizicianul francez Léon Foucault, care demonstrează că Pământul se învârte în jurul propriei axe.

Dispozitivul experimental

Dispozitivul experimental constă dintr-un pendul gravitațional capabil să oscileze în orice plan vertical. Prima demonstrație a avut loc în februarie 1851, în Camera Meridianului de la Observatorul din Paris. Câteva săptămâni mai târziu, Leon Foucault a suspendat o sferă cu o masă de 28 kg, prevăzută cu un vârf ascuțit, de domul Panthéonului, la capătul unui fir lung de 67 m. Pe podea este presărat un strat de nisip fin, pe care vârful pendului trasează o rozetă și revine în locul de unde a pornit după 32 de ore. La latitudinea de 30°, o rotație completă durează 48 de ore.

Explicația fenomenului

Corpurile care se rotesc își păstrează planul de rotație, fenomen fizic utilizat la construirea giroscoapelor și girobusolelor. Cummișcarea de oscilație este, în esență, o proiecție liniară a unei mișcări de rotație, pendulul gravitațional își păstrează neschimbat planul de oscilație liniară. În timp ce el oscilează în plan vertical, sub el Pământul se rotește, la latitudinea Parisului cu 11°19' pe oră.

Pendul Kater

Pendulul Kater este un pendul reversibil inventat de fizicianul britanic și căpitan în armată Henry Kater în 1817, pentru utilizare ca un gravitometrul pentru a măsura accelerația locală a gravitației . Avantajul său este că , spre deosebire de gravitometrele penduluri anterioare , centrul de greutate al pendulului și centrul de oscilație nu trebuie să fie stabilite , permițând o precizie mai mare . Pentru aproximativ un secol , până la 1930 , pendulul Kater și diversele sale rafinamente a rămas metoda standard de măsurare a gravitatiei a Pamantului în timpul supravegherii geodezice . Acesta este folosit acum doar pentru a demonstra principiile pendulului.

Descriere

Pendulul constă dintr-o bară de metal rigid , cu două puncte pivot , fiecare punct fiind apropiat de câte un capăt al pendulului . Acesta poate fi suspendat din oricare pivot și legănat . Ea are , de asemenea, fie o greutate reglabilă care poate fi deplasată în sus și în jos pe bară, sau un punct de pivotat reglabil , pentru a ajusta perioadele de basculare . În utilizare , se execută o lovitură de la unul din punctul de pivotat , și se cronometreză timpul , iar apoi se întoarce cu susul în jos și se execută o lovitură de la cealaltă punct pivotant, și se măsoară distanța . Greutatea mobilă (sau punctul pivotant) este ajustată până când cele două perioade sunt egale . În acest moment perioada este egală cu perioada pendulului simplu " ideală " de lungime egală cu distanța dintre punctele pivotante . Din perioada și distanța măsurată între punctele pivotante , accelerația gravitațională poate fi calculată cu mare precizie de ecuația periodicității unui pendul simplu.

Descrierea gravitatiei cu un pendul

Un pendul poate fi folosit pentru a măsura accelerația gravitațională g cauza perioadei sale de leagăn T depinde doar de g și lungimea L acestuia :

T =2π

Deci prin măsurarea lungimii L și periozii T a unui pendul , g poate fi calculată.

Pendulurile au fost atât de universal folosite pentru a măsura gravitația în timpul lui Kater, puterea locală de greutate nu a fost exprimată prin valoarea accelerației g acum folosit, dar de lungimea în locația respectivă a unui pendul, un pendul cu o perioadă de două secunde, astfel încât fiecare leagăn durează o secundă. Se poate observa din ecuația de mai sus, care pentru acest pendul, lungimea este pur și simplu proporțională cu g:

Aplicații

Creșterea mare în precizia de măsurare a greutății a făcut posibil ca pendulul Kater să fie folosit ca o parte regulată a geodezie . Pentru a fi util , a fost necesar pentru a găsi locația exactă ( latitudine și longitudine ) din " stația " în cazul în care a fost luată o măsură de greutate , astfel măsurarea pendulului a devenit parte a topografie . Pendulurile Kater au fost luate la marile măsurători geodezice istorice pe mare parte din lume, măsurători efectuate în cursul secolului 19 . În special , pendulurile Kater au fost utilizate în studiul trigonometric al Indiei .

Pendulurile reversibile au rămas metoda standard utilizată pentru măsurători gravitaționale absolute până când au fost înlocuite de Gravitometre în cădere liberă în 1950 .

Etalonarea

Un etalon poate fi:

o mărime acceptată oficial în știință, în tehnică sau în relațiile economice și care servește ca unitate de bază într-un sistem de măsurare

un obiect care materializează această mărime.

un aparat de măsură pentru reproducerea unei mărimi (exemplu: interferometru).

Etalonul în metrologie

În metrologie, un etalon este o măsură, aparat de măsurat, material de referință, sau sistem de măsurare destinat a defini, realiza, conserva sau reproduce o unitate sau una sau mai multe valori ale unei măsuri pentru a servi ca referință.

Exemple de etaloane

Etalon de masă.

Rezistor etalon.

Ampermetru etalon.

Etalon de frecvență cu cesiu.

Electrod de referință cu hidrogen.

Soluție de referință de cortisol în ser uman, cu concentrație certificată.

Un ansamblu de măsuri sau aparate de măsură similare, care, utilizate împreună, constituie un etalon se numește etalon colectiv.

Un ansamblu de etaloane de valori alese, care, individual sau prin combinare, furnizează o serie de valori ale căror mărimi sunt de aceeași natură este denumit etalon de grup.

Tipuri de etaloane

Etalon internațional – este un etalon recunoscut pe plan internațional.

Etalon național – este un etalon recunoscut pe plan național.

Etalon primar – este un etalon desemnat sau larg recunoscut ca având cele mai bune calități metrologice și a cărui valoare este atribuită fără raportare la alte etaloane ale aceleiași mărimi.

Etalon secundar – este un etalon a cărui valoare este atribuită prin comparare cu un etalon primar al aceleiași mărimi.

Etalon de referință – este etalonul cu cele mai înalte calități metrologice disponibil într-un anume loc sau într-o organizație dată.

Etalon de lucru – etalon curent pentru a etalona sau verifica măsuri, aparate de măsură sau materiale de referință.

Etalon de transfer – etalon intermediar pentru compararea a două etaloane.

Etalon itinerant – etalon de construcție specială, destinat să fie transportat la locul măsurătorilor.

Etalonarea mijloacelor de măsurare

În functie de tipul mijlocului de măsurare „indicația” poate avea mai multe semnificații:

a)pentru aparatele de măsurare indicația reprezintă valoarea arătată de aparat ( aparate indicatoare, înregistratoare,interogatoare, cu vizualizare).

b)pentru măsuri indicația reprezintă valoarea nominală inscrisă pe măsură sau data în documentația însoțitoare a măsurilor.

c) pentru traductoare indicația reprezintă funcția de conversie, pentru anumite valori ale măsurandului sau valorile mărimii de ieșire pentru anumite valori de mărimii de intrare.

Observații: Etalonarea este operați fundamentală in domeniul metrologiei, ea conferă calitatea de mijloc de măsurare a aparatelor care se etalonează și se aplică oricărui mijloc de măsurare a fabricarea acestuia.

Atunci mijlocul de măsurare suferă o etalonare inițială prin care i se transferă o informație de măsurare numită informație de etalonare.

Ea este înmagazinată de mijlocul de măsurare și folosită de acesta la efectuarea fiecărui măsurări.

Scopurile etalonării:

Gradarea si reglarea mijloacelor de măsurare la fabricarea sau repararea acestora.

Certificarea etalonării prin înscrierea într-un certificat de etalonare a rezultatului etalonării unui mijloc de măsurare.

Verificarea metrological prin compararea rezultatului etalonării cu caracteristicile metrologice normate de mijlocul de măsurare etalonat.

Alte scopuri: comparare, expertiză, studii, etc.

La etalonarea mijloacelor de măsurare valoarea indicată de etalon este considerată (convențional ) valoarea adevărată pentru mijlocul de măsurare care se etalonează.

Rezultatul etalonării trebuie să cuprindă și:

Incertitudinea de etalonare;

Durata de valabilitate a etalonării.

Metode de etalonare a mijloacelor de măsurare:

Metode de etalonare a aparatelor de măsură:

Metoda măsură-etalon ( ME ) este o metodă directă care nu necesită elemente suplimentare.Metoda constă în masurarea cu aparatul de etalonat a unui masurand de valoare cunoscută furnizat de măsura etalon. Ex. Etalonarea unui micrometru cu cale de plan-paralel etalon.

Metoda aparat-etalon ( AE ) este o metodă indirectă care constă în măsurarea unui măsurand de valoare necunoscută atât cu aparatul care trebuie etalonat, cât și cu un aparat etalon. Ex. Etalonarea unui manometru cu un manometru etalon prin măsurarea simultană a presiunii unui fluid.

Metode de etalonare a măsurilor:

Metoda aparat-etalon (AE )- este o metodă directă care constă în măsurarea cu un aparat etalon a măsurandului furnizat de măsura de etalonat. Ex. Etalonarea unei plăcuțe monstre de duritate cu un aparat etalon de măsurat duritatea.

Metoda etalon ( ME ) este o metodă indirectă care constă în compararea unui măsurand de valoare cunoscută de o măsură etalon și a măsurandului furnizat de măsură de etalonat cu ajutorul unui aparat de comparare. Ex. Etalonarea unei mase de lucru ( greutății) cu o masă etalon folosind ca un aparat de comparație o balanță cu brațe egale.

Metode de etalonare a traductoarelor

Traductoarele se etalonează prin metode similare celor folosite la etalonarea aparatelor și măsurilor deoarece ele se comportă att ca niște aparate, cât și ca niște măsuri:

la intrarea traductorului acesta se comportă ca un aparat de măsură pentru că el captează măsurandul;

la ieșirea acestuia, tracutoru se comportă ca o măsură pentru că furnizează valoarea măsurandului.

Metoda directă se caracterizează prin faptul că, atât la intrare, cât și la ieșirea traductorului se aplică măsurări directe. Metoda este cunoscută ca metoda ME-AE. Metoda constă în aplicarea la intrarea traductorului a unui măsurand de valoarea cunoscută furnizat de măsură etalon; la ieșirea traductorului se conectează un aparat de măsură etalon care masoară mărimeade ieșire furnizată de traductor. Ex. Etalonarea unui traductor rezistiv de forță cu ajutorul unei mase etalon și al unui milivoltmetru etalon.

Metoda semidirectă se caracterizează prin faptul că se efectuează măsurări directe numai la intrarea sau numai la ieșirea traductorului. Metoda semidirectă are două variante:

b1) Metoda măsură-etalon-masură-etalon (ME-ME); Metoda constă în aplicarea la intrarea traductorului de etalonat a unui măsurand de valoare cunoscută furnizat de o măsură etalon; mărimea de ieșire a traductorului se comportă a o mărime de valoare cunoscută furnizată de o măsură etalon. Pentru comparare se folosește un aparat de comparație.

b2) Metoda AE-AE constă în aplicarea la intrarea traductorului de etalonat a unui măsurand de valoare necunoscută care se măsoară și cu un aparat etalon; la ieșirea traductorului se conectează cum A-E care măsoară mărimea de ieșire furnizată de traductor. Ex. Etalonarea unui termocuplu cu ajutorul unui termometru etalon și al unui aparat de măsură electric etalon ( milivoltmetru etalon).

Metoda indirectă se caracterizează prin faptul că, atât la intrare cât și la ieșirea traductorului de etalonat se aplică măsuri indirecte. Metoda constă în aplicarea la intrarea traductorului de etalonat a unui măsurand de valoare necunoscută care se măsoară cu un aparat etalon. Mărimea de ieșire a traductorului se compară cu mărimea furnizată de o măsură etalon, folosindu-se pentru aceasta un aparat de comparații. Ex. Etalonarea unui frecvențmetru folosind un frcvențmetru etalon și un generator de semnal.

Metoda traductorului etalon (TE) constă în aplicarea unui măsurand de valoare necunoscută la intrarea traductorului de etalonat și a traductorului etalon. Mărimile de ieșire a celor 2 traductoare se compară cu un aparat de comparare. Ex. Etalonarea unui termocuplu cu ajutorul unui termocuplu etalon folosind ca aparat de comparare un milivoltmetru.

Metode speciale de etalonare

Sunt metode care se aplică a etalonarea mijloacelor de măsurare atunci când metodele directe sau indirecte cunoscute nu sunt comod de utilizat sau când datorită unor proprietății de mijloacelor de măsurare nu este necesară folosirea unor etaloane.

Metoda de etalonare pe componente: se aplică la etalonarea sistemelor de măsurare formate din părți componente distincte și pentru care etalonarea întregului sistem ca un tot unitar este greoaie, ineficientă, laborioasă.

Aceasta metodă constă în etalonarea separată a părților componente ale sistemului) prin metode directe sau indirecte cunoscute) și obținerea rezultatului etalonării pe baza funcțiilor cunoscute care determină legăturile dintre aceste părți componente. Ex. Etalonarea unei punți Wheastone prin etalonare separate a reyistențelor componente.

Autoetalonarea – este o metodă de etalonare autonomă care nu necesită vreun etalon datorită unor caracteristici specifice mijlocului de măsurare care se etaloneajă. Ex. Autoetalonarea poligoanelor de unghi( măsuri sub forma unor corpuri paralepipedice); etalonarea acestora se bazează pe proprietatea lor ca suma unghiurilor formate din laturile alăturate să fie de 860grade.

Evaluarea incertitudinii de etalonare

La etalonarea unui mijloc de măsurare este necesar determinarea incertitudinii de etalonare deoarece acesta va influența eroarea tolerată a aparatului etalonat.

Incertitudinea de etalonare reprezintă incertitudinea cu care se obține rezultatul etalonării.

Pentru evaluarea incertitudinii de măsurare se folosesc aceleași metode pe baza cărora se determină incertitudinea de măsurare.

În acest scop se iau în considerare sursele posibile de erori de etalonare parțiale și se analizează influența acestora în incertitudine globală. Se atribuie erori medii pătratice parțiale pentru fiecare sursă de eroare identificată; cu astea se obține o incertitudine compusă.

Surse posibile de etalonare mijloacelor de măsurare sunt:

Etalonatul care generează o incertitudine cu care acesta furnizează valoarea adevărată a măsurandului; incertudinea etalonului este o dată în certificatul de etalonare a etalonului.

Aparatul de comparare ( dacă se folosește)

Metoda de etalonare

Factorii de influență

Mijlocul de măsurare etalonat acesta poate genera erori de etalonare prin erorile de fidelitate.

Obs.: Atunci când erorile de etalonare aleatorii sunt neglijabile incertitudinea de etalonare se poate evalua complet.

Incertitudinea de etalonare care trebuie să însoțească întotdeauna rezultatul etalonării oricarui mijloc de măsurare se poate exprima prin:

Valoare absolută in unitatea de măsură a măsurandului;

Valoarea relativă în procente;

Valoare raportată( de ex. În părți/1000000)