Если виброметр имеет функцию определения максимального кратковременного среднеквадратичного значения и пикового значения, то должна быть предусмотрена возможность работы средства измерений в режиме удержания значений, полученных в процессе измерения. В технической документации должны быть описаны работа в режиме удержания и метод сброса показаний.
Ряд испытаний, установленных настоящим стандартом, предполагает возможность подачи на электрический вход вместо сигнала с преобразователя вибрации заменяющий его эквивалентный электрический сигнал. Технической документацией должен быть установлен способ подачи эквивалентного электрического сигнала, позволяющий проводить испытания без преобразователя вибрации. При необходимости в технической документации могут быть также описаны альтернативные методы испытаний виброметра для подтверждения его характеристик.
Примечание - Для проведения испытаний электрических характеристик измерительной цепи изготовителем виброметра может быть предусмотрен имитатор преобразователя вибрации с заданным электрическим импедансом или эквивалентный входной адаптер (электрический или неэлектрический).
В технической документации должны быть определены максимально допустимые пиковое значение и размах сигнала, поступающего с преобразователя вибрации (в единицах заряда или напряжения), который может быть подан на электрический вход виброметра без его повреждения.
Допуски, установленные настоящим стандартом, включают в себя расширенную неопределенность, рассчитанную для коэффициента охвата 2, что соответствует вероятности охвата приблизительно 95% (см. ГОСТ 34100.3). Значения допусков могут быть использованы при оценке неопределенности измерения вибрации для той ее составляющей, что обусловлена применяемым виброметром.
Для средства измерений, способного показывать более одного измеренного параметра вибрации, должен быть предусмотрен способ идентификации показаний (предпочтительно с помощью стандартных сокращений или буквенных символов).
В технической документации должны быть описаны показываемые параметры, отображаемые на каждом показывающем устройстве виброметра, с описанием способа идентификации параметра.
Виброметр должен показывать параметры корректированного ускорения вибрации. Дополнительно могут отображаться параметры корректированного ускорения, умноженного на определенный в ГОСТ 31191.1 коэффициент k. В случае использования множителя k информация об этом должна ясно читаться на показывающем устройстве виброметра. Кроме того, виброметр должен обеспечивать возможность отображения примененного множителя.
В случае, когда показываемая величина характеризует суммарное воздействие вибрации по разным осям (например, полной вибрации), виброметр должен обеспечивать возможность отображения примененных коэффициентов для каждой оси.
При наличии возможности передачи результатов измерений на цифровой выход виброметра в технической документации должен быть описан метод передачи цифровых данных на внешнее показывающее устройство или их записи устройством хранения информации. В технической документации должны быть также указаны необходимые программные и аппаратные средства передачи данных. Рекомендуется использовать стандартизованные шины передачи данных.
Любое дополнительное устройство для отображения параметров сигнала, указанное в технической документации как соответствующее требованиям настоящего стандарта, следует рассматривать как составную часть виброметра. Каждое такое устройство требует подтверждения его характеристик в соответствии с настоящим разделом и разделом 7 на устойчивость к внешним воздействующим факторам. Примерами дополнительных устройств могут служить самописец уровня и компьютер с монитором.
Для средств измерений, у которых диапазон показаний меньше линейного рабочего диапазона, определяемого согласно 5.7, в технической документации должен быть указан способ проверки отклонения от линейности в областях за пределами диапазона показаний.
5.2.2 Разрешение и частота обновления
Показывающее(ие) устройство(а), указанное(ые) в технической документации, должно(ы) обеспечивать считывание данных с разрешением 1% полученного значения и выше.
Если средство измерений имеет аналоговое показывающее устройство (или устройство с имитацией аналогового процесса), которое обеспечивает непрерывное показание измеряемого параметра, то шкала устройства должна быть выполнена в логарифмическом масштабе. Диапазон шкалы аналогового показывающего устройства должен содержать не менее двух декад шириной не менее 10 мм каждая. Если диапазон шкалы виброметра меньше его линейного рабочего диапазона, то средство измерений должно предусматривать возможность переключения диапазонов шкалы, чтобы показания охватывали весь линейный рабочий диапазон.
Для цифровых устройств, показывающих значения параметров вибрации, показания должны обновляться через регулярные промежутки времени. Период обновления должен быть согласован с измеряемой величиной. Диапазон показываемых значений должен, по крайней мере, охватывать линейный рабочий диапазон средства измерений.
Для средств измерений с цифровым показывающим устройством после каждого обновления должно быть показано значение величины, выбранной для измерения пользователем, на момент обновления. В технической документации могут быть указаны другие способы отображения результата измерений в момент обновления показаний с описанием, каким образом эти способы могут быть реализованы. В технической документации должно быть указано, какой из возможных способов отображения показаний удовлетворяет требованиям настоящего стандарта, а какой не удовлетворяет.
5.2.3 Время стабилизации, начало измерений и продолжительность отображения данных
Период стабилизации и время готовности виброметра к измерению в условиях окружающей среды, близких к нормальным (см. 12.2 и 13.2), не должны превышать 2 мин после его включения.
На показывающем устройстве должна появляться индикация готовности средства измерений к проведению измерений после его включения, переключения диапазонов и выбора измеряемой величины.
Время между командой к началу измерений, поданной пользователем, и собственно началом измерений не должно превышать 0,5 с.
Примечание - Чтобы средство измерений было готово к приему данных после завершения предыдущего измерения (особенно при измерении общей низкочастотной вибрации), может потребоваться наличие фазы инициализации (возврата характеристик в исходное состояние) перед началом нового измерения.
До вывода результатов измерения на показывающее устройство на нем должна сохраняться индикация, находится ли средство измерений в режиме измерений или в фазе инициализации.
При наличии выхода по переменному току в технической документации должны быть установлены характеристики выходных сигналов, в том числе:
- максимальный размах выходного напряжения (не менее 1 В);
- внутренний электрический выходной импеданс виброметра;
- минимально допустимый импеданс нагрузки;
- частотные коррекции, для которых может быть получен выходной сигнал.
Подсоединение к выходу активной нагрузки, включая цепь короткого замыкания, не должно приводить к изменению показаний для проводимого измерения более чем на 2%.
В технической документации должна быть указана по крайней мере одна модель калибратора, позволяющего проверять и поддерживать в заданных пределах значение коэффициента преобразования измерительной цепи. Требования к калибратору - в соответствии с приложением A.
В технической документации должна быть описана процедура регулировки показаний средства измерений, обеспечивающая выполнение требований настоящего стандарта, с использованием калибратора. Такую регулировку применяют в отношении всех преобразователей вибрации, рекомендованных к использованию в составе данного средства измерений, а также всех кабелей и других вспомогательных устройств, предусмотренных изготовителем для соединения виброметра с преобразователем.
5.5 Показания измеренного параметра вибрации на частоте опорного сигнала в нормальных условиях измерений
В таблице 2 приведены значения допуска на показания виброметра, настроенного на измерения в опорном диапазоне измерений, при воздействии опорным сигналом вибрации (см. таблицу 1) на основание преобразователя вибрации или устройство его крепления. Установленные значения допуска применяют для всех частотных коррекций, рассматриваемых в настоящем стандарте, после регулировки коэффициента преобразования согласно 5.4. Показания должны быть зафиксированы после завершения периода стабилизации.
Таблица 2
при воздействии опорного сигнала вибрации
5.6.1 Параметры
Виброметр должен реализовывать частотные коррекции сигнала ускорения (одну или несколько) из указанных в таблице 1, включая соответствующую полосовую фильтрацию. Функции частотной коррекции определены формулами (1) - (5), а также параметрами, приведенными в таблице 3.
Каждая применяемая функция частотной коррекции определена в виде произведения передаточных функций трех фильтров (полосового, переходного и ступенчатого), задаваемых через значения угловых частот
( , где i = 1 ,..., 6) и добротностей Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 и Q6, указанных в таблице 3 [см. формулы (1) - (5)].5.6.2 Полосовой фильтр
Передаточная функция полосового фильтра является произведением передаточных функций фильтров Баттерворта второго порядка:
- фильтра верхних частот:
- фильтра нижних частот:
(2)Передаточная функция полосового фильтра представляет собой произведение Hh(s)·H1(s).
Таблица 3
5.6.3 Переходный фильтр
Передаточная функция переходного фильтра представляет собой постоянный коэффициент передачи по ускорению на низких частотах и постоянный коэффициент передачи по скорости на высоких частотах:
. (3)Примечание - Ht(s) = 1, когда обе частоты, f3 и f4 (или соответственно
5.6.4 Ступенчатый фильтр
Форма передаточной функции ступенчатого фильтра имеет участок в форме плавной ступеньки, на котором модуль передаточной функции растет со скоростью приблизительно 6 дБ на октаву и представляет собой постоянный коэффициент передачи по рывку (первой производной от ускорения):
. (4)Примечание - Hs(s) = 1, когда обе частоты, f5 и f6 (или соответственно
5.6.5 Функция частотной коррекции
Функция частотной коррекции для каждой частотной коррекции Wx представляет собой произведение передаточных функций полосового, переходного и ступенчатого фильтров:
Данная формула определяет представление функции частотной коррекции в частотной области через изменение с мнимой угловой частотой
ее модуля и фазы.Примечание 1 - В некоторых публикациях вместо символа "s" используют символ "p".
Примечание 2 - Величину s можно интерпретировать также как аргумент в преобразовании Лапласа.
Таблицы и рисунки приложения B показывают изменение модуля и фазы функции частотной коррекции в зависимости от частоты f в соответствии с формулами (1) - (5) и значениями параметров из таблицы 3.
Если виброметр обеспечивает измерения с одной или несколькими дополнительными функциями частотной коррекции (не рассматриваемыми в настоящем стандарте), то эти функции и допуски на них должны быть определены в технической документации. Если дополнительная функция частотной коррекции установлена каким-нибудь стандартом, то реализованная виброметром функция частотной коррекции должна соответствовать требованиям этого стандарта.
Фильтры, определенные значениями таблицы 3 и уравнениями (1) - (5), могут быть реализованы сочетанием простых аналоговых фильтров. Пример того, как частотная коррекция может быть реализована цифровыми методами в частотной и временной областях, приведен в приложении C.
5.6.6 Допуски
Допуски на функции частотной коррекции приведены в таблицах 4 и 5. В таблице 5 указаны пределы, в которых должны находиться функции частотной коррекции во всех диапазонах измерений. Допуски включают в себя максимально допустимую расширенную неопределенность при измерении этих функций.
Таблица 4
частотной коррекции
Таблица 5
При измерениях ряда параметров вибрации, не основанных на среднем квадратичном значении, таких как пиковое значение, максимальное кратковременное среднеквадратичное значение или доза вибрации, критичной является фазовая характеристика измерительной цепи, определенная формулами (1) - (5). Однако необходимо иметь в виду, что погрешность измерений, связанная с отклонениями фазовой характеристики, зависит не от абсолютных значений этих отклонений, а от того, насколько быстро изменяется отклонение фазовой характеристики с изменением частоты. По этой причине для оценки точности реализации фазовой характеристики используют параметр характеристической фазовой девиации
где fn - среднегеометрическая частота n-й третьоктавной полосы частот;
Показываемый виброметром результат измерений параметра вибрации должен изменяться пропорционально изменению ускорения, воспринимаемого преобразователем вибрации, во всем диапазоне измерений. Это требование должно соблюдаться для любой частоты во всем диапазоне средства измерений для любой функции частотной коррекции для всех измеряемых параметров.
Во всем диапазоне измерений отклонения от линейности не должны превышать 6%. В опорном диапазоне на частоте опорного сигнала линейный рабочий диапазон должен составлять не менее 60 дБ.
Примечание - Для средства измерений локальной вибрации, включающей в себя импульсы большой мощности, может потребоваться соблюдение требования линейности в более широком диапазоне значений.
В технической документации должен быть указан диапазон амплитуд (среднеквадратичных значений) гармонической вибрации, в пределах которого отклонения от линейности не будут превышать 6% без индикации перегрузки или слабого сигнала на любой частоте в пределах номинального диапазона частот.
Для виброметра с ручным переключением диапазонов измерений перекрытие между соседними диапазонами должно составлять не менее 40 дБ.
В технической документации должны быть указаны верхняя и нижняя границы линейного рабочего диапазона для каждого диапазона измерений.
В технической документации должны быть указаны типичные показания виброметра, которые могут появляться в режиме измерения среднеквадратичного значения корректированного ускорения в случае, когда преобразователь вибрации установлен на невибрирующем объекте (т.е. когда вибрация объекта незначительна по сравнению с этими показаниями). Указанные в технической документации значения должны соответствовать общему внутреннему шуму измерительной цепи, включающей в себя преобразователь вибрации и другие элементы виброметра, по крайней мере для нормальных условий измерений.
Требования к измерениям переходных процессов определены для входного сигнала в виде последовательности прямоугольных импульсов с заполнением пилообразным сигналом на частоте опорного сигнала вибрации.
Тестовый сигнал в форме последовательности импульсов с заполнением пилообразным сигналом показан на рисунке 3. Характеристики тестового сигнала приведены в таблице 6. В таблицах 7 - 9 представлены относительные показания средства измерений в ответ на тестовый сигнал с пиковым значением 1 м/с2. Эти значения следует умножать на реальное пиковое значение тестового сигнала.
Примечание 1 - Значения измеряемых параметров получены посредством численного моделирования.
Примечание 2 - Пилообразная форма сигнала выбрана для задания точного соотношения между фазами частотных составляющих тестового сигнала. Это позволяет в процессе испытаний с использованием тестового сигнала данного вида контролировать фазовую характеристику частотной коррекции.
![]() 1 - пиковое значение; 2 - время задержки; 3 - период
повторения; 4 - общая длительность сигнала
сигнальных посылок с пилообразным заполнением (на рисунке
дан пример сигнальной посылки из двух периодов заполнения)
Таблица 6
с пилообразным заполнением
Таблица 7
в режиме измерений локальной вибрации
Таблица 8
Показания виброметра в ответ на тестовый сигнал
в режиме измерений общей вибрации
Таблица 9
в режиме измерений общей низкочастотной вибрации
Средство измерений должно иметь индикатор перегрузки для каждого показывающего устройства и средства обнаружения перегрузки во всех критических точках измерительной цепи. Специальные меры должны быть предусмотрены для предотвращения перегрузки преобразователя вибрации (например, выбор преобразователя в соответствии с целями измерений, наличие встроенного в преобразователь детектора перегрузки, использование механического фильтра).
Индикация перегрузки должна появляться, как только возрастающий сигнал превысит установленную верхнюю границу и до того, как будут превышены пределы допусков на линейность и на показания в ответ на последовательности сигнальных посылок. Данное требование должно выполняться во всем номинальном диапазоне частот.
Индикатор перегрузки должен реагировать на значения сигнала как положительной, так и отрицательной полярности. Разность между пиковыми значениями сигналов положительной и отрицательной полярности, при достижении которых появляется индикация перегрузки, не должна превышать 15%.
При измерении параметров, требующих интегрирования на заданном интервале времени, появившаяся индикация перегрузки должна сохраняться до тех пор, пока не будет выполнен сброс результатов измерений. Это требование должно выполняться также при измерениях максимальных (пиковых) значений на заданном периоде времени, а также в отношении расчетных параметров, отображаемых на показывающем устройстве в процессе или по завершении измерения.
При измерении текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения индикация перегрузки должна появляться в момент перегрузки и сохраняться то время, в течение которого перегрузка будет оказывать влияние на результат измерений (т.е. в течение времени интегрирования для линейного усреднения и в течение времени, равного удвоенной постоянной времени, для экспоненциального усреднения). При этом время индикации перегрузки не должно быть менее 1 с для измерений локальной вибрации и 8 с для измерений общей и общей низкочастотной вибрации.
В технической документации должны быть описаны работа индикатора перегрузки, интерпретация индикации перегрузки и способ ее сброса.
Примечание - Желательно, чтобы средство измерений обладало возможностью показывать, на какой части от общего времени измерения наблюдалось состояние перегрузки для каждого канала измерений.
Если значение измеряемого параметра вибрации (усредненного на заданном интервале времени или текущего значения) не превышает нижнюю границу линейного рабочего диапазона, то это должно сопровождаться появлением индикации слабого сигнала до того, как будут превышены пределы допусков на линейность.
Индикация слабого сигнала должна сохраняться до тех пор, пока сохраняется состояние слабого сигнала или пока это состояние способно оказывать влияние на результат измерений. Минимальное время индикации слабого сигнала составляет 1 с для локальной вибрации и 8 с для общей и общей низкочастотной вибраций.
Средство измерений должно предусматривать для пользователя возможность выбора или управления временем интегрирования при измерении параметров корректированного ускорения.
Для средства измерений, предусматривающего возможность измерения текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения, необходимо проверять значение времени интегрирования при линейном усреднении или постоянной времени при экспоненциальном усреднении. Проверку осуществляют посредством подачи на электрический вход виброметра гармонического сигнала опорной частоты в течение времени, составляющего не менее пяти периодов интегрирования для линейного усреднения и не менее 20 постоянных времени интегрирования для экспоненциального усреднения (дополнительные сведения о линейном и экспоненциальном методах усреднения приведены в приложении D), с последующим резким отключением этого сигнала.
После отключения входного сигнала показания средства измерений должны изменяться, как указано в таблице 10 для линейного усреднения и в таблице 11 для экспоненциального усреднения. Время спада определяют как временной интервал между моментом отключения сигнала и моментом, когда показания средства измерений будут составлять 10% первоначального значения. Проверку выполнения требований, установленных в таблицах 10 и 11, осуществляют в опорном диапазоне измерений.
Таблица 10
Таблица 11
Виброметр, предназначенный для измерений среднеквадратичного значения корректированного ускорения, максимального кратковременного среднеквадратичного значения корректированного ускорения и дозы вибрации при любой частотной коррекции, должен предусматривать способ очистки устройства хранения результатов измерения и приведения его в состояние готовности для последующих измерений (перезагрузки). В технической документации должно быть указано, происходит ли одновременно с перезагрузкой виброметра прекращение индикации перегрузки. Кроме того, в технической документации должна быть описана работа устройства очистки данных и установлена номинальная временная задержка между операцией ручного или удаленного сброса результатов измерения и началом новых измерений.
Перезагрузка виброметра не должна приводить к появлению каких-либо показаний на показывающих устройствах.
Виброметр, предназначенный для измерений усредненной по времени вибрации, должен иметь устройство отображения времени, прошедшего с начала интегрирования. Кроме того, может быть предусмотрена возможность установки времени интегрирования (с шагом 1 с).
Допуск на показания времени, прошедшего с начала интегрирования, составляет 0,1%. Показания времени должны иметь разрешение не менее 1 с.
В технической документации должно быть указано минимальное и максимальное время интегрирования при измерении усредненной по времени вибрации для сигналов любого уровня в пределах диапазона показывающего устройства.
Если виброметр предусматривает возможность передачи сигналов по нескольким каналам одновременно, то влияние одного канала на результат измерения вибрации по другому каналу не должно превышать 0,5%.
Влияние другого канала не следует путать с влиянием вибрации в поперечном направлении (обусловленным ненулевым коэффициентом поперечного преобразования преобразователя вибрации), которое, как правило, превышает 0,5% (см. таблицу E.1). Влияние поперечной вибрации становится особенно заметным при использовании многокомпонентного преобразователя.
Характеристики преобразователя вибрации выбирают в соответствии с целями измерений (см. также приложение E).
В случае применения автономного источника питания должна быть предусмотрена индикация, подтверждающая, что поставляемая источником энергия достаточна для работы виброметра в соответствии с требованиями настоящего стандарта. Проверка электропитания не должна вносить возмущений в процесс измерений.
При измерении вибрации, передаваемой преобразователю вибрации от вибрационного калибратора, изменение напряжения питания от номинального значения до минимального уровня, установленного технической документацией, не должно приводить к изменению результатов измерений более чем на 3,0%.
Если питание осуществляют от собственных батарей, то в технической документации должен быть указан рекомендуемый тип батарей и приведено время ожидаемой непрерывной работы от полностью заряженных батарей для нормальных условий измерений.
Если средство измерений с автономным источником питания предназначено для измерений вибрации в течение времени, превышающего номинальный срок работы батареи, то в технической документации должен быть описан рекомендуемый способ работы от внешнего источника питания, включая требования к диапазону напряжения питания и его пульсациям (в том числе высокочастотным выбросам).
При необходимости использования специальных механических фильтров, систем крепления или кабелей (в том числе включенных в комплект поставки виброметра) в технической документации должно быть указано, что средство измерений удовлетворяет требованиям к частотной коррекции только при установке этих специальных устройств.
Предписанный или рекомендованный способ крепления должен удовлетворять общим требованиям по ГОСТ ИСО 5348. Руководство по испытанию системы крепления приведено в приложении F.
В технической документации должно быть указано, для каких измерений какие устройства крепления предназначены, а также перечислены случаи и обстоятельства, когда использование той или иной системы крепления с большой вероятностью приведет к повышенной неопределенности измерения.
7.1 Общие положения
Все воздействия внешних факторов рассматриваются в части того, как изменяется коэффициент преобразования измерительной цепи, включая преобразователь вибрации, на частоте проверки калибровки относительно его значения в нормальных условиях измерений. В технической документации должно быть установлено типичное время стабилизации работы виброметра после изменений внешних условий.
Единичный образец средства измерений может иметь ограничения на применение в отношении условий окружающей среды. Если такие ограничения имеют место, то они должны быть указаны в технической документации.
Примечание - Под единичным экземпляром средства измерений понимают измерительную систему, собранную из отдельных элементов - сигнального процессора, устройства анализа (записи), показывающего устройства, - каждый из которых прошел испытания в целях утверждения типа или был испытан согласно соответствующим стандартам или техническим условиям изготовителя (см. 13.1).
Влияние изменений температуры окружающего воздуха на коэффициент преобразования определяют для диапазона температур от минус 10 °C до плюс 50 °C. В этом диапазоне коэффициент преобразования виброметра не должен изменяться более чем на +/- 5%.
Требование по чувствительности к изменению температуры воздуха применяют либо для всего средства измерений в целом, либо для тех его составных частей, которые на практике могут подвергаться воздействию температур в широком диапазоне значений.
При наличии в средстве измерений элементов, предназначенных в соответствии с технической документацией для работы в условиях с контролируемым температурным режимом (например, внутри помещений), для них диапазон варьирования температур может быть ограничен интервалом от плюс 5 °C до плюс 30 °C. Этот ограниченный диапазон не применяют ко всему средству измерений в целом.
В пределах заданного диапазона температур окружающего воздуха отклонение от линейности на частоте опорного сигнала и протяженность линейного рабочего диапазона в пределах опорного диапазона измерений должны оставаться в пределах допусков, указанных в 5.7.
Влияние изменения температуры вибрирующей поверхности на коэффициент преобразования определяют для диапазона температур от минус 10 °C до плюс 50 °C. В этом диапазоне коэффициент преобразования виброметра не должен изменяться более чем на +/- 4%.
Требование по чувствительности к изменениям температуры вибрирующей поверхности относится к акселерометру, кабелям и системам крепления, которые могут находиться в непосредственном контакте с поверхностью.
В пределах заданного диапазона температур поверхности отклонение от линейности на частоте опорного сигнала и протяженность линейного рабочего диапазона в пределах опорного диапазона измерений должны оставаться в пределах допусков, указанных в 5.7.
Влияние электростатических разрядов на работу средства измерений должно быть минимальным.
Виброметр должен сохранять работоспособность после контактного разряда напряжения до +/- 4 кВ или воздушного разряда напряжения до +/- 8 кВ. Полярность электростатического напряжения определяют относительно земли.
Воздействие указанных электростатических разрядов не должно ухудшать характеристики средства измерений или нарушать его работоспособность, кроме случаев, оговоренных в технической документации. В технической документации может быть указано, что воздействие электростатических разрядов способно привести к снижению качества функционирования средства измерений или к невозможности выполнения им своих функций. Такое ухудшение функционирования не должно предполагать неработоспособность средства измерений, изменение его конфигурации, повреждение или потерю сохраненных данных или постоянную утрату части функций.
Излучение измерительного инструмента в диапазоне радиочастот должно быть минимальным.
Если конструкция виброметра рассчитана на передачу собранных данных по соединительному кабелю, то в технической документации должны быть указаны рекомендуемая длина кабеля и устройство, к которому кабель может быть подключен.
Уровень радиочастотного поля, излучаемого виброметром через сигнальные порты, не должен превышать 30 дБ (при опорном значении 1 мкВ/м) в диапазоне частот от 30 до 230 МГц и 37 дБ в диапазоне частот от 230 МГц до 1 ГГц. В технической документации должны быть указаны режимы работы средства измерений и любого подсоединяемого устройства, при которых уровень излучения радиочастотных полей будет максимальным.
Возмущения (квазипиковые и средние значения), вносимые средством измерений в электрическую сеть и определяемые в месте подсоединения сетевого кабеля, не должны превышать указанных в таблице 12. Если при использовании устройства для измерения квазипиковых значений результаты измерений удовлетворяют требованиям для среднего значения, можно считать, что виброметр удовлетворяет установленным допускам как для квазипикового, так и для среднего сигналов.
Таблица 12
7.6 Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю и полям сетевой частоты
Влияние полей сетевой частоты и радиочастотных электромагнитных полей на работу средства измерений (или отдельных элементов, указанных в технической документации) не должно изменять рабочее состояние или конфигурацию средства измерения, приводить к искажению или потере сохраненных данных. Настоящее требование распространяется на все режимы работы в нормальных условиях применения виброметра. В технической документации должны быть указаны режимы работы средства измерений и любых присоединенных устройств, при которых устойчивость к воздействию полей сетевой частоты и радиочастотных электромагнитных полей будет минимальной (т.е. чувствительность к воздействию - максимальной).
Устойчивость к полям сетевой частоты определяют при воздействии однородного магнитного поля со среднеквадратичным значением напряженности 80 А/м на частотах 50 и 60 Гц. Условие однородности магнитного поля проверяют до внесения в него средства измерений. В технической документации должна быть указана ориентация виброметра в магнитном поле, при которой его чувствительность к воздействию данного поля будет максимальной.
Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю определяют в диапазоне несущей частоты от 26 МГц до 1 ГГц при ее амплитудной модуляции глубиной 80% синусоидальным сигналом на частоте (частотах) опорного сигнала. Среднеквадратичное значение напряженности однородного (без внесенного средства измерений) немодулированного электрического поля должно составлять 10 В/м.
Примечание - В технической документации может быть указано, что виброметр удовлетворяет требованиям стандарта при напряженности более 10 В/м.
При воздействии полей сетевой частоты и радиочастотных электромагнитных полей изменение показываемого виброметром значения параметра вибрации не должно превышать +/- 10%.
Устойчивость виброметров с входными и выходными портами электропитания переменного тока к влиянию кондуктивных помех определяют в диапазоне частот от 0,15 до 80 МГц.
Устойчивость к влиянию кондуктивных помех для виброметров с сигнальными портами, к которым другие элементы измерительной системы присоединяют соединительными кабелями длиной более 3 м, определяют в диапазоне частот от 0,15 до 80 МГц.
7.7 Защита от влаги и пыли
Виброметр должен быть защищен от воздействия влаги и пыли. Изготовитель должен указывать степень защиты (код IP) средства измерений. Код IP должен соответствовать назначению средства измерений (например, использование виброметра для оценки воздействия вибрации на работника в условиях цеха может потребовать степени защиты IP 65, в то время как для лабораторных условий достаточно соблюдения требований для IP 42).
Если в комплект поставки изготовителя входит дополнительный удлинительный кабель для соединения с преобразователем вибрации, то в технической документации должны быть описаны все поправки, которые необходимо вносить в результаты измерений при использовании этого кабеля.
Техническая документация должна содержать сведения о влиянии дополнительных приспособлений, поставляемых изготовителем средства измерений. Эти сведения должны быть приведены в отношении всех характеристик, изменяющихся после установки приспособлений. В число дополнительных приспособлений входят устройство крепления акселерометра и механические фильтры. Техническая документация должна содержать информацию о влиянии приспособлений на коэффициент преобразования измерительной цепи.
В технической документации должно быть указано, будет ли средство измерений соответствовать требованиям настоящего стандарта после установки дополнительных приспособлений.
Если конструкцией предусмотрено использование внешних фильтров, в технической документации должны быть описаны все необходимые соединения и способ работы средства измерений с внешними фильтрами.
Техническая документация должна содержать детальное описание соединений вспомогательных устройств, а также влияние этих устройств на электрические характеристики средства измерений. В число вспомогательных устройств входят принтеры, компьютеры, устройства записи данных.
Средство измерений, удовлетворяющее всем требованиям настоящего стандарта, должно иметь соответствующую маркировку или показывать ссылку на настоящий стандарт с указанием его обозначения и даты. Маркировка должна включать в себя также наименование фирмы или торговую марку поставщика, несущего ответственность за соответствие средства измерений установленным техническим требованиям. Кроме того, при маркировке указывают обозначение модели средства измерений и его серийный номер.
Если средство измерений состоит из нескольких отдельных блоков, каждый функционально независимый блок должен быть помечен в соответствии с требованиями настоящего раздела. Должно быть четко указано, из каких отдельных функциональных блоков состоит средство измерений в целом.
В комплект поставки каждого средства измерений, удовлетворяющего требованиям настоящего стандарта, должна входить техническая документация.
Если средство измерений состоит из нескольких отдельных элементов, то техническая документация должна распространяться на их сочетание, составляющее в целом функционально законченный виброметр. В технической документации должны быть описаны все необходимые элементы и их взаимное влияние друг на друга.
Значения величин, приводимых в технической документации, должны быть выражены в единицах Международной системы единиц СИ.
Информация, которую должна содержать техническая документация, приведена в приложении G.
В настоящем стандарте определены три уровня испытаний:
a) подтверждение заявленных характеристик средства измерений, включающее в себя:
1) испытания серийно выпускаемого средства измерений для целей утверждения типа, организуемые изготовителем, в ходе которых полную проверку проходят типовые образцы средства измерений. Целью испытаний является получение свидетельств того, что конструкция средства измерений удовлетворяет требованиям настоящего стандарта,
2) испытания единичного образца средства измерений, организуемые лабораторией или другим пользователем средства измерений, на проверку его соответствия отдельным требованиям настоящего стандарта;
b) периодические испытания сокращенного объема, организуемые изготовителем и пользователем средства измерений и выполняемые:
- периодически (перед покупкой или во время покупки и затем с периодичностью не менее одного раза каждые два года) с целью подтвердить, что характеристики данного средства измерений продолжают удовлетворять требованиям настоящего стандарта,
- после внесения модификаций в конструкцию средства измерений (например, замены преобразователя вибрации) или после его ремонта, в результате которых характеристики данного средства измерений могли быть изменены;
c) проверка работоспособности на месте, проводимая пользователем данного средства измерений и включающая в себя минимальный объем испытаний, которые позволяют с достаточной степенью обоснованности принять решение о возможности применения данного средства измерений. Проверку работоспособности следует проводить непосредственно перед измерениями вибрации и после их завершения.
Испытания средства измерений позволяют оценить выполнение требований, установленных в разделах 5 - 10. В таблице 13 показано соответствие проверяемых характеристик пунктам разделов, в которых установлены методы испытаний соответствующего уровня.
Таблица 13
с описанием испытаний для подтверждения этих характеристик
Соответствие требованиям настоящего стандарта можно считать подтвержденным при получении свидетельств того, что для модели средства измерений, описанного в технической документации согласно требованиям приложения G, подтверждено соответствие требованиям в ходе испытаний для целей утверждения типа, а отдельный экземпляр этой модели выдержал периодические испытания. Для единичного образца средства измерений подтверждением соответствия настоящего стандарта будет прохождение испытаний, предназначенных для единичного средства измерений. В то же время успешное прохождение процедуры работоспособности не является подтверждением соответствия требованиям настоящего стандарта.
12.1 Общие положения
В настоящем разделе рассмотрены испытания, проводимые для демонстрации соответствия средства измерений всем требованиям настоящего стандарта.
Соответствие требованиям настоящего стандарта считают подтвержденным, если отклонение результата измерений от заданного значения с добавлением расширенной неопределенности, обеспечиваемой испытательной лабораторией, находится в пределах установленного допуска.
Неопределенность измерения определяют в соответствии с ГОСТ 34100.3. Расширенную неопределенность рассчитывают в испытательной лаборатории, используя для этого значение коэффициента охвата не менее двух.
В настоящем разделе приведены максимальные расширенные неопределенности измерения, которые допустимы при проверке соответствия требованиям настоящего стандарта. Испытания на подтверждение соответствия требованиям настоящего стандарта не могут быть проведены испытательными лабораториями, у которых значения расширенной неопределенности превышают максимально допустимые значения.
Не допускается исключение какого-либо из испытаний, описанных в настоящем разделе, кроме тех, которые относятся к функциям, не реализованным данным средством измерений.
Если не оговорено иное, все испытания, описанные в настоящем разделе, должны быть проведены для каждого канала многоканального средства измерений.
Все средства измерений, которые применяют в процессе испытаний на подтверждение заявленных характеристик и которые могут вносить вклад в неопределенность измерения, должны обладать прослеживаемостью к эталонам в соответствии с национальной метрологической схемой.
Частота входных сигналов должна быть в пределах +/- 0,2% заданного значения.
Амплитуда вибрации должна находиться в пределах +/- 2% заданного значения.
Примечание - В настоящее время стандарты по калибровке преобразователей вибрации методами, установленными в ГОСТ ISO 16063-1, не обеспечивают калибровку преобразователей вибрации в диапазоне частот ниже 0,4 Гц.
В процессе испытаний параметры окружающей среды должны находиться в следующих пределах:
- температура окружающего воздуха - от 20 °C до 26 °C;
- относительная влажность воздуха - от 10% до 75% (без выпадения конденсата).
Коэффициент гармоник d для вибрации на входе не должен превышать 5%.
Коэффициент гармоник d для входного электрического сигнала не должен превышать 0,1%.
где a1 - среднеквадратичное значение ускорения на частоте возбуждения;
atot - среднеквадратичное значение сигнала ускорения во всей полосе частот (включая a1).
12.3 Представление средства измерений на испытания
Средство измерений должно быть представлено на испытания вместе с технической документацией и всеми приспособлениями и устройствами, которые в технической документации указаны как его неотъемлемые элементы, в конфигурации, предназначенной для нормального использования. Примерами таких устройств могут служить акселерометр, устройство крепления и кабель.
Средство измерений представляют на испытания в комплекте с вспомогательными приспособлениями (например, адаптерами), необходимыми для получения входного и выходного электрического сигнала.
Средство измерений рекомендуется представлять на испытания вместе с вибрационным калибратором.
Необходимо убедиться, что маркировка виброметра соответствует требованиям раздела 9.
Перед проведением испытаний необходимо убедиться, что техническая документация на средство измерений содержит все сведения, указанные в разделе 10, в соответствии с назначением данного средства измерений.
По завершении испытаний все положения технической документации должны быть заново пересмотрены, чтобы убедиться в их правильности и в том, что все заявленные параметры находятся в пределах допусков, установленных настоящим стандартом.
Необходимо убедиться, что средство измерений соответствует требованиям 5.1.
Для средства измерений с несколькими диапазонами измерений необходимо убедиться, что перекрытие диапазонов соответствует требованиям 5.7.
Необходимо убедиться, что показывающие устройства средства измерений соответствуют требованиям 5.2.
Если технической документацией предписано использование батарей питания конкретной модели и типа, то испытания проводят с использованием таких батарей.
Если средство измерений не удовлетворяет требованиям, перечисленным в настоящем подразделе, испытания на соответствие требованиям настоящего стандарта не проводят.
Перед проведением любых испытаний средство измерений должно быть обеспечено напряжением питания в пределах, указанных изготовителем. Средство измерений, включая преобразователь вибрации, и вибрационный калибратор (если он представлен на испытания) должны быть подвергнуты визуальному осмотру. Все элементы управления виброметром должны быть проверены, чтобы убедиться в их правильном функционировании.
В соответствии с технической документацией устанавливают коэффициент преобразования на частоте проверки калибровки. Выполняют все регулировки по 5.4 и указанные в технической документации в отношении коэффициента преобразования, добиваясь получения на показывающем устройстве виброметра требуемого значения для нормальных условий измерений.
Определяют процентное отклонение
. (8)Примечание - Величина
Для этого вначале с помощью эталонного преобразователя вибрации измеряют параметр воспроизводимого опорного сигнала, а затем выполняют измерение испытуемым средством измерений. Средство измерений устанавливают в режим измерений с полосовым фильтром и линейным интегрированием в опорном диапазоне и проводят измерения в течение времени, достаточного для стабилизации показаний (это время может достигать 30 с для локальной вибрации, 1 мин для общей вибрации и 5 мин для общей низкочастотной вибрации). Среднеквадратичное значение ускорения на входе измерительной цепи, состоящее из полезного сигнала и фоновой вибрации, должно превышать среднеквадратичное значение фоновой вибрации, измеренное тем же испытуемым средством измерений, не менее чем в 10 раз.
Для определения относительной погрешности измерения проводят не менее трех измерений. В каждом измерении регистрацию показаний виброметра осуществляют после достижения средством измерения равновесного состояния с окружающей средой в течение времени, указанного в технической документации. Разность между минимальным и максимальным показаниями для серии из трех измерений не должна превышать 3%.
Среднеарифметическое значение погрешности измерений должно быть в пределах допусков, установленных в таблице 2. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.
Для каждой частотной коррекции, предусмотренной средством измерений, на электрический вход подают стационарный синусоидальный сигнал на соответствующей частоте опорного сигнала. Регулируют амплитуду входного электрического сигнала таким образом, чтобы после прохождения полосового фильтра, соответствующего выбранной частотной коррекции, показание средства измерений совпадало с опорным значением параметра вибрации. Для отрегулированного входного электрического сигнала проводят измерение параметра корректированного ускорения. Разность между полученным показанием и соответствующим опорным значением параметра вибрации, умноженным на значение функции частотной коррекции на частоте опорного сигнала (см. таблицу 1), должна быть в пределах допуска, установленного в таблице 2. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.
Для виброметра, предусматривающего измерение текущего среднеквадратичного значения, на входное устройство подают стационарный синусоидальный электрический сигнал на частоте опорного сигнала. Амплитуду входного сигнала регулируют таким образом, чтобы показания средства измерений в режиме полосовой фильтрации сигнала в заданном опорном диапазоне совпадали с заданным значением параметра вибрации опорного сигнала. После этого виброметр устанавливают в режим измерения текущего среднеквадратичного значения полосового сигнала. Показываемое значение измеряемой величины не должно отличаться от значения параметра вибрации опорного сигнала более чем на значение допуска, установленного в таблице 2. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.
Для средства измерений, имеющего два или более измерительных каналов (например, предназначенного для измерений трехкомпонентной вибрации), проводят испытания с целью определить помехи, создаваемые каналами друг другу.
Все каналы должны быть настроены на измерения в опорном диапазоне. На электрический вход каждого канала по очереди подают сигнал на частоте опорного сигнала, при этом входы всех остальных каналов должны быть нагружены соответствующими электрическими эквивалентами преобразователя. Амплитуда тестового сигнала должна быть в пределах 5 дБ верхней границы диапазона измерений. В процессе испытания контролируют выход каждого из каналов.
В отношении выходного сигнала для каждого из каналов должны быть выполнены требования 5.16.
Характеристики акселерометра (см. приложение E) проверяют одним из методов согласно ГОСТ ISO 16063-1.
12.10.1 Проверка линейности с использованием электрического сигнала
Проверку линейности преобразования сигнала средством измерений проводят с использованием тестового стационарного синусоидального электрического сигнала на частотах, указанных в таблице 14. Средство измерений устанавливают в режим измерений параметра вибрации, получаемого интегрированием на заданном интервале времени после прохождения полосового фильтра.
Таблица 14
при проверке линейности
Вначале осуществляют регулировку входного сигнала на частоте опорного сигнала. Для этого амплитуду входного сигнала подбирают таким образом, чтобы при измерении в опорном диапазоне средство измерений показывало значение параметра вибрации опорного сигнала.
При испытаниях в других диапазонах на каждой тестовой частоте стартовой точкой будет тестовый сигнал с амплитудой, равной амплитуде опорного сигнала в опорном диапазоне, умноженной на коэффициент усиления для данного диапазона измерений по отношению к опорному диапазону.
В опорном диапазоне измерений амплитуду входного сигнала на тестовой частоте повышают с шагом приращения, указанным в таблице 14, от нижней границы диапазона до того значения, при котором впервые появляется индикация перегрузки. После этого амплитуду входного сигнала понижают с шагом, указанным в таблице 14, от значения, когда впервые наблюдалась индикация перегрузки до заданной нижней границы диапазона. При этом регистрируют значения амплитуд входного сигнала и соответствующие им показания средства измерений.
Для каждой тестовой частоты и амплитуды сигнала - от нижней границы опорного диапазона до первого появления индикации перегрузки - отклонения от линейности должны быть в пределах допуска по 5.7. Протяженность линейного рабочего диапазона на опорной частоте в опорном диапазоне измерений должна удовлетворять требованиям к линейному рабочему диапазону по 5.7. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.
После испытаний в опорном диапазоне измерений проверку линейности осуществляют во всех других диапазонах. Испытания в каждом диапазоне проводят для частот и приращений амплитуды сигнала, указанных в таблице 14, начиная от стартовой точки и двигаясь вниз до нижней границы диапазона, а затем вверх до верхней границы диапазона.
В каждом диапазоне измерений отклонение от линейности по амплитуде должно быть в пределах допуска по 5.7 для всего линейного рабочего диапазона, указанного в технической документации, вплоть до первого появления индикации перегрузки. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.
Для средства измерений текущего значения параметра вибрации, у которого линейный рабочий диапазон превышает диапазон значений показывающего устройства, линейность может быть проверена с использованием тональных посылок, для которой амплитуда сигнала заполнения превышает верхнюю границу показываемых значений.
Для средства измерений параметра вибрации, получаемого усреднением на заданном интервале времени, у которого линейный рабочий диапазон превышает диапазон значений показывающего устройства, линейность может быть проверена с использованием тональных посылок, вырезанных из стационарных входных сигналов. Длительность посылки должна быть не менее 30 с для локальной вибрации и 5 мин для общей вибрации (для общей низкочастотной вибрации это испытание не проводят). Время интегрирования должно превышать длительность посылки.
При измерениях в каждом диапазоне и на каждой тестовой частоте не должно наблюдаться индикации слабого сигнала, когда показание средства измерений выше или равно указанной нижней границе диапазона. Эта индикация должна появляться, как только уровень сигнала понижается на 1 дБ относительно нижней границы данного диапазона измерений.
12.10.2 Проверка линейности с использованием возбуждения вибрации
Проверку линейности преобразования сигнала средством измерений проводят с использованием возбуждения гармонической вибрацией на тестовых частотах, указанных в таблице 14. Средство измерений устанавливают в режим измерений параметра вибрации, получаемого интегрированием на заданном интервале времени после прохождения полосового фильтра. Отклонение от линейности по разности между показанием средства измерений и соответствующего значения параметра вибрации, полученного измерением с помощью эталонного акселерометра. Преобразователь вибрации, входящий в состав испытуемого средства измерений, и эталонный акселерометр устанавливают так, как предписано ГОСТ ISO 16063-21.
При испытаниях на каждой тестовой частоте в любом диапазоне измерений стартовой точкой будет тестовое воздействие с параметром вибрации опорного сигнала, умноженным на коэффициент усиления для данного диапазона измерений по отношению к опорному диапазону.
Испытания начинают с возбуждения вибрации на частоте опорного сигнала в основании преобразователя вибрации. Входное возбуждение регулируют таким образом, чтобы показание средства измерений в опорном диапазоне совпадало со значением параметра вибрации опорного сигнала.
Проверку линейности с использованием возбуждения вибрации осуществляют в диапазоне не менее 40 дБ.
В опорном диапазоне измерений параметр вибрации на тестовой частоте повышают с шагом приращения, указанным в таблице 14, от нижней границы диапазона до первого из следующих событий:
- появления индикации перегрузки;
- достижения максимальной вибрации, допускаемой устройством возбуждения;
- достижения верхней границы диапазона линейности эталонного преобразователя.
После этого амплитуду вибрации понижают с шагом, указанным в таблице 14, до первого из следующих пределов:
- достижения заданной нижней границы средства измерений;
- достижения минимальной вибрации, обеспечиваемой устройством возбуждения;
- достижения нижней границы диапазона линейности эталонного преобразователя.
В процессе испытаний регистрируют каждое значение, полученное с помощью эталонного акселерометра, и соответствующее ему показание средства измерений.
При определении параметра воспроизведенной вибрации учитывают характеристику линейности эталонного акселерометра.
Для каждой тестовой частоты и значения параметра вибрации - от установленной нижней границы опорного диапазона измерений до вызывающего появление индикации перегрузки - отклонения от линейности должны быть в пределах допуска по 5.7. Протяженность линейного рабочего диапазона на частоте опорного сигнала в опорном диапазоне измерений должна удовлетворять требованиям к линейному рабочему диапазону по 5.7. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 3%.
После испытаний в опорном диапазоне измерений проверяют линейность по амплитуде во всех других диапазонах. Испытания проводят для частот и приращений параметра вибрации, указанных в таблице 14, от стартовой точки вниз до нижней границы и вверх до верхней границы каждого диапазона измерений.
В каждом диапазоне измерений отклонение от линейности по амплитуде должно быть в пределах допуска по 5.7 во всем линейном рабочем диапазоне, указанном в технической документации. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 4%.
12.11.1 Общие положения
Методы оценки действительных функций частотной коррекции и передаточных функций соответствующих фильтров установлены в предположении, что у средства измерений отсутствует электрический выход. Если электрический выход имеется и может быть использован в целях испытаний, то вначале устанавливают соответствие между показываемым значением параметра корректированного ускорения и напряжением на электрическом выходе. Получаемые данные не следует интерпретировать в терминах отклонения от линейности.
Для каждого из возможных применений средства измерений (измерение локальной, общей или общей низкочастотной вибрации) выбирают одну частотную коррекцию, которую в дальнейшем используют при проведении испытаний с использованием как электрического тестового сигнала, так и тестового механического (вибрационного) возбуждения. Для остальных частотных коррекций, предусмотренных средством измерений, испытания проводят только с одним тестовым воздействием - электрическим или механическим.
Испытания проводят по возможности в опорном диапазоне измерений. При отсутствии уверенности в том, что требования к частотным коррекциям и передаточным функциям одинаково соблюдены для разных диапазонов измерений, проводят дополнительные испытания в других диапазонах. Все измерения выполняют в той области измерительного диапазона, где отклонения от линейности находятся в пределах допуска по 5.7.
Испытания проводят с шагом приращения частоты не более чем в треть октавы в диапазонах частот, указанных в таблице 15.
Таблица 15
(электрического и механического)
Примечание 1 - В настоящем подразделе рассматривается относительное отклонение (действительного значения частотной характеристики от ее номинального значения)
Примечание 2 - В 12.11.1 и 12.11.2 рассматриваются методы определения амплитудной характеристики средства измерений. Отклонение фазовой характеристики рассматривается в приложении H.
Отклонение частотной характеристики определяют методом сравнения с результатом измерения некорректированного ускорения эталонным преобразователем вибрации как разность между среднеквадратичным значением корректированного ускорения, показанного виброметром, и произведением среднеквадратичного значения ускорения, полученного с помощью эталонного акселерометра, на значение функции частотной коррекции для данной частоты возбуждения. Акселерометр, входящий в состав испытуемого средства измерений, и эталонный акселерометр устанавливают так, как предписано ГОСТ ISO 16063-21.
Вначале осуществляют регулировку уровня возбуждения на частоте опорного сигнала таким образом, чтобы показанное виброметром среднеквадратичное значение ускорения после полосовой фильтрации на 20 дБ превышало нижнюю границу заданного линейного рабочего диапазона. Полученное таким образом среднеквадратичное ускорение возбуждения ain используют как базовое значение для входного воздействия в последующих испытаниях.
Для каждой тестовой частоты с помощью эталонного акселерометра регулируют среднеквадратичное значение ускорения возбуждаемой вибрации таким образом, чтобы оно было равно ain. Указанное значение вместе с соответствующим ему показанием средства измерений aind регистрируют для каждой тестовой частоты, определенной в соответствии с таблицей 15 для механического возбуждения.
Относительное отклонение
где w(f) - значение функции частотной коррекции на частоте f.
При установлении постоянного уровня возбуждения ain для разных тестовых частот учитывают частотную характеристику эталонного акселерометра.
Если значение ain невозможно поддерживать заданным во всем диапазоне частот, то в показанное виброметром значение вносят соответствующую поправку, определяемую разностью между результатами измерений эталонным акселерометром на тестовой частоте и на частоте опорного сигнала.
Максимальная расширенная неопределенность измерения на всех частотах номинального диапазона частот виброметра - 4,5%.
Примечание - Если коэффициент преобразования преобразователя вибрации и передаточную функцию электрической цепи средства измерений определяют по отдельности, тогда относительное отклонение
где
Для каждого из слагаемых в правой части формулы (10) учитывают помимо полученного значения (
. (11)В приложении F приведена информация об испытании системы крепления акселерометра, если та входит в комплект поставки средства измерений.
12.11.3 Испытания с использованием электрического тестового сигнала
Синусоидальный электрический сигнал подают на электрический вход виброметра.
Осуществляют регулировку тестового сигнала на частоте опорного сигнала fref таким образом, чтобы показанное виброметром среднеквадратичное значение полосового сигнала aind на 20 дБ превышало нижнюю границу заданного линейного рабочего диапазона. Данное значение используют как базовое для последующих испытаний.
На каждой тестовой частоте среднеквадратичное значение входного электрического сигнала uin регулируют таким образом, чтобы показываемое виброметром значение aind оставалось неизменным. Значения uin и aind регистрируют для каждой тестовой частоты, определенной в соответствии с таблицей 15 для электрического сигнала.
Долю относительного отклонения частотной характеристики на частоте f, вносимую электрической частью измерительной цепи,
, (12)где w(f) - значение функции частотной коррекции на частоте f;
S - коэффициент преобразования, вычисляемый по формуле
. (13)На каждой тестовой частоте сумма среднеквадратичных значений входного сигнала и собственного шума измерительной цепи должна по крайней мере в 10 раз превышать среднеквадратичное значение собственного шума.
Если показание aind невозможно поддерживать постоянным во всем диапазоне частот, то в показанное виброметром значение вносят поправку, определяемую разностью между значениями uin для тестовой частоты и для частоты опорного сигнала. Кроме того, при использовании на разных тестовых частотах разных значений uin в показываемое значение при необходимости следует внести соответствующую поправку на нелинейность.
Максимальная расширенная неопределенность для всех тестовых частот - 3%.
12.11.4 Подтверждение соответствия требованиям
Для тех частотных коррекций, где в процессе испытаний использовано механическое воздействие, относительное отклонение частотной характеристики определяют непосредственно по результатам испытаний как
Пример - Виброметр позволяет проводить измерения для двух частотных коррекций: Wd и Wk. Для Wd испытания проводят с использованием электрического и механического тестовых воздействий. Относительное отклонение коэффициента преобразования преобразователя вибрации определяют как разность между относительными отклонениями, полученными с использованием механического и электрического тестовых воздействий. Это отклонение добавляют к полученному с использованием электрического тестового сигнала для частотной коррекции Wk, чтобы получить общее относительное отклонение для данной частотной коррекции.
Для всех реализуемых средством измерений частотных коррекций относительное отклонение частотной характеристики должно быть в пределах допуска по 5.6. Максимальная расширенная неопределенность для всех тестовых частот - 5%.
Если средство измерений позволяет проводить измерения с использованием дополнительных частотных коррекций, то для них соответствие подтверждают с учетом их назначения и допусков, установленных технической документацией.
Собственный шум измерительной цепи определяют усреднением результатов десяти измерений вибрации с использованием преобразователя вибрации, установленного на невибрирующем объекте. Следует убедиться, что полученное усредненное значение превышает соответствующую характеристику вибрации объекта, условно принятого за невибрирующий, не менее чем на 10 дБ (предпочтительнее 20 дБ).
В процессе испытаний проводят измерения как среднеквадратичного значения корректированного ускорения, так и текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения. При измерении среднеквадратичного значения ускорения период интегрирования выбирают равным 1 мин в режиме измерения локальной вибрации, 5 мин в режиме измерения общей вибрации и 30 мин в режиме измерения общей низкочастотной вибрации. Полученные результаты должны согласовываться со значениями, приведенными в технической документации (см. 5.8).
Средство измерений устанавливают в режим полосовой фильтрации для заданной частотной коррекции в опорном диапазоне измерений. Подают на вход стационарный синусоидальный электрический сигнал на частоте, определенной в таблице 6, и регулируют амплитуду сигнала таким образом, чтобы показанное средством измерений значение соответствовало 50% верхней границы линейного рабочего диапазона. После этого проводят испытания для всех измеряемых параметров вибрации с использованием последовательностей сигнальных посылок, как определено в таблице 6.
Время спада пилообразного импульса не должно превышать 1/(5f2), где f2 - верхняя граница полосового фильтра для данной частотной коррекции, определенная в таблице 3.
Воспроизведение пилообразного импульса может сопровождаться высокочастотными переходными процессами. Чтобы исключить их влияние на результат измерений, может оказаться необходимым включить в цепь между генератором пилообразных импульсов и электрическим входом испытуемого виброметра однополюсный фильтр нижних частот. Частота среза фильтра должна быть достаточно высокой, чтобы исключить его влияние на результаты измерений, например 100f2.
Измерения с использованием тестового сигнала повторяют, последовательно уменьшая пиковое значение входного сигнала в 10 раз, но не ниже уровня, определяемого по показанию виброметра, в три раза превышающего нижнюю границу линейного рабочего диапазона.
Затем измерения повторяют с посылкой с одним периодом заполнения, повышая пиковое значение импульса до тех пор, пока не появится индикация перегрузки.
Показания средства измерений в ответ на последовательность сигнальных посылок относительно заданного значения измеряемого параметра тестового сигнала должны быть в пределах допуска, как указано в таблицах 7 - 9. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 3%.
Индикацию перегрузки проверяют, подавая на электрический вход сигналы в виде последовательностей положительных и отрицательных полусинусоид на частоте опорного сигнала, а также на частотах, указанных в таблице 14. Средство измерений устанавливают в режим полосовой фильтрации в опорном диапазоне частот. Подавая на вход сигнал в форме положительной полусинусоиды, повышают его уровень до тех пор, пока не появится сигнал перегрузки. Затем ту же процедуру повторяют для сигнала в форме отрицательной полусинусоиды. В обоих случаях регистрируют пиковое значение сигнала, при котором наступает состояние перегрузки. Разность между этими пиковыми значениями не должна превышать пределов допуска, установленных в 5.10. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.
Примечание - Кроме испытаний на частотах, установленных в настоящем разделе, испытания на индикацию перегрузки могут быть проведены на других частотах по выбору испытательной лаборатории.
Индикатор перегрузки должен работать при значениях входного сигнала в диапазоне от наименьшего уровня, вызывающего перегрузку, до максимального уровня, определенного в технической документации.
При измерениях параметров вибрации, требующих усреднения на заданном интервале времени, или пиковых значений индикатор перегрузки должен начать индикацию по достижении состояния перегрузки и удерживать ее, как указано в 5.10. Если средство измерений используют для измерений текущих значений параметра вибрации, то индикатор перегрузки должен работать так, как указано в 5.10.
Следует подтвердить, что устройство сброса показаний позволяет обнулить показания данного показывающего устройства, не вызывая при этом неверных индикаций и показаний на других показывающих устройствах.
В процессе данного испытания проверяют, удовлетворяет ли процедура суммирования результатов измерения вибрации по нескольким направлениям требованиям соответствующих стандартов, определяющих правила измерения, например полной локальной вибрации или полной дозы вибрации.
Средство измерений устанавливают в режим измерений параметра вибрации в опорном диапазоне. Электрический сигнал, соответствующий опорному сигналу вибрации, по очереди подают на вход каждого канала, соответствующего своей измерительной оси. Полученный для данной оси результат измерений фиксируют и используют для расчета полной вибрации согласно соответствующему стандарту: ГОСТ 31191.1, ГОСТ 31191.2, ГОСТ 31191.4 или ГОСТ 31192.1. Далее тот же опорный сигнал одновременно подают на все три измерительных канала. Разность между показанным и расчетным значениями должна быть в пределах +/- 3%.
После этого сигнал на входе одного из каналов инвертируют (изменяют фазу на 180°) и снова измеряют полную вибрацию. Полученный результат не должен отличаться от предыдущего более чем на 2%.
При измерениях общей вибрации частотные коррекции, используемые для измерений вибрации в направлениях x, y и z, а также коэффициенты k, применяемые для измерений по каждой из осей, зависят от назначения измерений - будут ли они использованы для оценки влияния вибрации на состояние здоровья, комфорт или для проверки чувствительности к вибрации. Расчетные значения получают в соответствии с ГОСТ 31191.1.
Электрический сигнал, соответствующий опорному сигналу вибрации в опорном диапазоне измерений, подают на вход виброметра, после чего регистрируют показания средства измерений. Затем электрический выход замыкают накоротко и вновь регистрируют показания. Разность между двумя показаниями должна быть в пределах допуска, установленного в 5.3.
Необходимо подтвердить, что минимальный период интегрирования при усреднении сигнала вибрации по времени не превосходит значения, заявленного в технической документации, а максимальный период интегрирования при усреднении по времени не меньше соответствующего заявленного значения.
Устанавливают время измерения вибрации, равное 2000 с. Фактическая продолжительность измерения не должна отличаться от установленного значения более чем на +/- 2 с (+/- 0,1%). Максимальная расширенная неопределенность измерения - 0,01%.
С помощью калибратора, поставляемого вместе со средством измерений, возбуждают вибрацию в опорном диапазоне измерений, после чего записывают показания, полученные при номинальном и минимально допустимом по технической документации напряжении питания. Полученные результаты измерений должны быть одинаковыми в пределах допуска по 5.18.
Примечание - Под питанием понимают также питание от батарей.
12.20.1 Общие положения
Полностью собранное и готовое к проведению измерений средство измерений должно удовлетворять всем требованиям настоящего подраздела с учетом особенностей его назначения. Акселерометр должен быть соединен с измерительным блоком таким образом, чтобы обеспечить нормальный режим работы в соответствии с технической документацией.
Все требования по чувствительности к воздействию внешних факторов проверяют для включенного средства измерений, настроенного на функционирование в нормальном режиме работы.
Перед проведением испытаний (но не в их процессе) необходимо проверить показания на частоте проверки калибровки с помощью калибратора (см. 5.4) и, при необходимости, выполнить соответствующие регулировки, чтобы показания средства измерений соответствовали значению опорного сигнала вибрации в нормальных условиях. Для регулировки следует использовать процедуры, указанные в технической документации.
Поскольку вибрация, воспроизводимая калибратором, также может изменяться при изменении внешних воздействующих факторов, это влияние следует учитывать, как указано в технической документации.
Регистрируют значения внешних воздействующих факторов, имевших место во время проверки показаний средства измерений. При проведении испытаний используют калибратор, воспроизводящий заданный сигнал вибрации. Средство измерений устанавливают в режим измерений среднеквадратичного значения корректированного ускорения.
Для всех условий испытаний регистрируют показания параметров, получаемых интегрированием на заданном интервале времени, в ответ на вибрацию, возбуждаемую калибратором.
12.20.2 Расширенная неопределенность при измерениях климатических факторов
Расширенная неопределенность не должна превышать 0,5 °C при измерениях температуры воздуха и 10% при измерениях относительной влажности воздуха.
При проведении испытаний на влияние температуры воздуха и относительной влажности воздуха на работу средства измерений калибратор и средство измерений (или его элементы) устанавливают в климатической камере.
На период выдержки акселерометр должен быть удален со стола вибростенда, а питание как калибратора, так и виброметра должно быть отключено.
Продолжительность выдержки калибратора и виброметра в нормальных условиях окружающей среды - не менее 12 ч.
По завершении периода выдержки акселерометр устанавливают на стол калибратора и включают питание калибратора и виброметра.
12.20.4 Комбинированные испытания на влияние температуры и относительной влажности воздуха
По завершении периода выдержки (12.20.3) калибратором воспроизводят заданное вибрационное возбуждение и регистрируют показания средства измерений для приведенных ниже сочетаний значений температуры и относительной влажности воздуха. Для средства измерений, у которого все элементы могут нормально функционировать в условиях температуры и относительной влажности, указанных в 7.2, испытания проводят при следующих сочетаниях факторов:
- нормальные условия по температуре и относительной влажности воздуха;
- температура воздуха минус 10 °C, относительная влажность 65%;
- температура воздуха 5 °C, относительная влажность 25%;
- температура воздуха 40 °C, относительная влажность 90%;
- температура воздуха 50 °C, относительная влажность 50%.
Для всех условий испытаний отклонение показываемого значения параметра вибрации от полученного в нормальных условиях температуры и относительной влажности воздуха не должно превышать значения, установленного в 7.2.
12.20.5 Влияние температуры поверхности
После соответствующей выдержки калибратором воспроизводят вибрацию в нормальных условиях температуры и относительной влажности воздуха и регистрируют результаты измерений для приведенных ниже значений температуры вибрирующей поверхности. Акселерометр с соответствующей системой крепления устанавливают непосредственно на поверхность, температуру которой поддерживают в пределах +/- 5 °C при следующих заданных значениях:
- нормальная температура;
- температура поверхности минус 10 °C;
- температура поверхности 5 °C;
- температура поверхности 40 °C;
- температура поверхности 50 °C.
Для всех условий испытаний отклонение измеренного значения вибрации от полученного в нормальных условиях температуры поверхности не должно превышать значения, установленного в 7.3.
12.20.6 Влияние электростатических разрядов
Оборудование, необходимое для определения влияния электростатических разрядов на работу средства измерений, должно соответствовать требованиям ГОСТ 30804.4.2-2013 (раздел 6). Испытательная установка и процедуры испытаний должны соответствовать требованиям ГОСТ 30804.4.2-2013 (разделы 7 и 8).
Испытания на воздействие электростатического разряда проводят в режиме работы средства измерений, когда оно наиболее восприимчиво к действию разряда, что должно быть определено в ходе предшествующих испытаний. Ко всем каналам измерений должны быть подсоединены акселерометры. Если к средству измерений подсоединены устройства, которые согласно технической документации не требуются для его работы в нормальном режиме применения, используемые для этого соединительные кабели должны быть разъединены. Конфигурация средства измерений, установленная для проведения испытаний, должна быть зафиксирована.
Не следует производить разрядов электростатического напряжения на утопленные вглубь контакты электрических разъемов.
Электростатические разряды напряжением и полярностью, указанными в 7.4, должны быть приложены 10 раз контактным способом и 10 раз через воздух. Точки, на которые подают разряды, определяют по выбору испытательной лаборатории (см. ГОСТ 30804.4.2). При этом данные точки должны быть доступны при нормальном использовании средства измерений. Если в соответствии с требованиями пользователя ему необходим доступ к точкам внутри виброметра, то эти точки также должны быть использованы в процессе испытаний, если только руководство по эксплуатации средства измерений не содержит предупреждения о возможном повреждении при доступе внутрь вследствие возможных электростатических разрядов.
Необходимо обращать внимание на то, чтобы воздействие разряда и вызываемые им процессы заканчивались полностью до приложения следующего разряда.
Средство измерений устанавливают в режим измерений в опорном диапазоне, напряжения контактного и воздушного разрядов должны принимать максимальные положительные и отрицательные значения.
После приложения разряда средство измерений должно возвращаться в то же рабочее состояние, что и до разряда. Любые данные, хранимые средством измерений до разряда, не должны изменяться после его воздействия. В процессе приложения разряда допустимы незначительные сбои в работе средства измерений.
12.20.7 Излучение радиочастотного поля и возмущения в сети питания
Уровни напряженности поля излучения в области радиочастот в децибелах относительно опорного значения 1 мкВ/м измеряют прибором с квазипиковым детектором в диапазонах частот, определенных в 7.5. Измерительные приемники, антенны и процедуры испытаний должны соответствовать требованиям ГОСТ 30805.22-2013 (раздел 10). Уровни излучений должны соответствовать требованиям 7.5. Следует зарегистрировать условия окружающей среды, которые имели место на момент испытаний. Испытания на излучение радиочастотного поля проводят для средства измерений, работающего в режиме, установленном технической документацией, когда его излучение максимально.
Приспособления и крепления, используемые для сохранения заданного положения виброметра, не должны оказывать существенного влияния на измерения излучаемых им полей.
Вначале уровни излучения измеряют в диапазонах частот, установленных в 7.5, в основной плоскости излучения средства измерений при его нормальной ориентации. Присоединенный через кабель акселерометр располагают над центром корпуса виброметра на высоте приблизительно 250 мм. Если длина кабеля превышает 250 мм, он должен быть свернут восьмеркой с четным числом колец равной длины; все кольца должны быть скреплены между собой у каждого из краев и в середине.
При сохранении данного взаимного расположения акселерометра, кабеля и измерительного блока измеряют уровни радиочастотного излучения еще по крайней мере в одной плоскости излучения. Дополнительные плоскости излучения должны быть примерно ортогональны основной плоскости для данной ориентации средства измерений в пределах, установленных для оборудования при измерениях радиочастотного излучения.
Если виброметр имеет разъемы для подключения других устройств непосредственно или через соединительные кабели, уровни радиочастотного излучения измеряют после подсоединения всех доступных устройств. Длины кабелей должны соответствовать рекомендациям технической документации. Все кабели должны быть без заглушек и быть установлены так, как предписано ГОСТ 30805.22-2013 (пункт 8.1), если только устройство, подсоединяемое кабелем, не поставляют в одном комплекте со средством измерений - в этом случае уровни радиочастотного излучения измеряют, когда все устройства соединены между собой установленным способом.
Если устройства могут быть подсоединены разными способами, то измерение уровней радиочастотного излучения проводят для той конфигурации, которая определена в технической документации как производящая излучение наибольшего уровня. Другие конфигурации, для которых имеет место тот же или более низкий уровень излучения, могут быть включены в технической документации в перечень конфигураций, для которых проведение испытаний не требуется, если для основной конфигурации выполнены все требования по 7.5.
Если средство измерений работает от сети переменного тока, то проводят измерения возмущений, вносимых им в сеть, в соответствии с ГОСТ 30805.22-2013 (раздел 9), и эти возмущения должны удовлетворять требованиям, указанным в 7.5 и таблице 12.
12.20.8 Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю и полям сетевой частоты
В процессе испытаний используют питание виброметра от предпочтительного источника.
Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю и полям сетевой частоты проверяют с использованием тестового вибрационного возбуждения, воспринимаемого преобразователем вибрации, который соединен с виброметром. Тестовое возбуждение представляет собой гармоническую вибрацию на частоте опорного сигнала. В отсутствие радиочастотного электромагнитного поля и полей сетевой частоты среднеквадратичное значение ускорения, полученное в режиме полосовой фильтрации, должно соответствовать значениям таблицы 16. Если средство измерений имеет несколько измерительных диапазонов, то измеренные значения вибрации должны быть показаны в том из них, нижняя граница которого максимально близка к граничным значениям, указанным в таблице 16, но не превышает их.
Таблица 16
к радиочастотному электромагнитному полю
и полей сетевой частоты
Способ возбуждения вибрации не должен оказывать влияния на тестовые электромагнитные поля. Он не должен также влиять на нормальную работу средства измерений и на его чувствительность к воздействию радиочастотного электромагнитного поля и помех сетевой частоты.
После приложения тестового электромагнитного поля изменение показываемого значения параметра вибрации не должно превышать +/- 10%.
Устойчивость средств измерений с входными и, при наличии, выходными портами электропитания переменным током к влиянию кондуктивных помех проверяют в диапазоне частот от 0,15 до 80 МГц. Электромагнитное поле должно быть модулировано синусоидальным сигналом опорной частоты с глубиной модуляции 80%. В отсутствие модуляции среднеквадратичное значение радиочастотного напряжения для источника с импедансом 150 Ом должно составлять 10 В. Устойчивость к быстротекущим переходным процессам в сети питания проверяют при воздействии сигнала с пиковым напряжением 2 кВ и частотой повторения 5 кГц в соответствии с ГОСТ 30804.6.2-2013 (таблица 4). Дополнительные требования по устойчивости к провалам, прерываниям и выбросам напряжения электропитания проверяют по ГОСТ 30804.6.2-2013 (таблица 4).
Для средств измерений с портами ввода-вывода сигналов или портами управления, у которых длины кабелей, соединяющих различные части измерительной системы, превышают 3 м, проверяют устойчивость к влиянию кондуктивных помех в диапазоне частот от 0,15 до 80 МГц при среднеквадратичном значении напряжения 10 В и отсутствии модуляции по ГОСТ 30804.6.2-2013 (таблица 2). Устойчивость к быстротекущим переходным процессам в сети питания проверяют при воздействии сигналов с пиковым напряжением 1 кВ и частотой повторения 5 кГц в соответствии с ГОСТ 30804.6.2-2013 (таблица 2).
Согласно ГОСТ Р 51317.4.6 средство измерений локальной вибрации испытывают на устойчивость к кондуктивным помехам в заданном диапазоне радиочастот с применением эквивалента руки, охватывающего корпус прибора.
В технической документации может быть указано, что средство измерений удовлетворяет требованиям по устойчивости к воздействию радиочастотного электромагнитного поля и полей сетевой частоты при среднеквадратичных значениях вибрации менее тех, что указаны в таблице 16. В этом случае средство измерений должно удовлетворять требованиям к допустимым изменениям показаний для всех значений параметра вибрации в диапазоне от указанных в таблице 16 до приведенных в технической документации. В процессе испытаний используют более низкие значения вибрации, установленные технической документацией.
12.21 Протокол испытаний
В протоколе испытаний должны быть подробно отражены следующие сведения: конфигурации средства измерений, его положение в пространстве во время испытаний, условия испытаний, результаты испытаний, включая расширенную неопределенность для данной испытательной лаборатории. Протокол испытаний должен содержать заключение о том, удовлетворяет или не удовлетворяет испытуемое средство измерений требованиям настоящего стандарта.
Кроме того, следует включать дополнительную информацию об испытаниях согласно ГОСТ 30804.4.3-2013 (раздел 8). В протоколе испытаний должны быть отражены все наблюдавшиеся ухудшения в работе средства измерений, отказы в выполнении каких-либо функций или потеря данных в конце серии испытаний на влияние электростатических разрядов, а также на воздействие радиочастотных электромагнитных полей и полей сетевой частоты.
Под единичным образцом понимают систему измерений вибраций, собранную из отдельных элементов (например, преобразователя вибрации, усилителя, аналого-цифрового преобразователя, устройства сбора данных, анализатора частот, процессора). При этом для каждого элемента системы должен быть определен перечень соответствующих характеристик и требований к ним. В настоящем разделе рассматриваются испытания, проводимые для всей измерительной системы в целом, с целью проверки ее способности выполнять измерения согласно назначению. Зачастую единичный образец измерительной системы собирают в лаборатории из элементов общего назначения. В качестве единичного образца не рассматривают прототип измерительной системы, рассчитанной на последующее серийное производство.
Соответствие требованиям настоящего стандарта считают подтвержденным, если отклонение результата измерений от заданного значения с добавлением расширенной неопределенности, обеспечиваемой испытательной лабораторией, находится в пределах установленного допуска.
Неопределенность измерения определяют в соответствии с ГОСТ 34100.3. Расширенную неопределенность рассчитывают в испытательной лаборатории, используя для этого значение коэффициента охвата k = 2.
Испытания включают в себя калибровку единичного образца измерительной системы (в том виде, в котором она предполагается к применению конечным пользователем) испытательной (калибровочной) лабораторией.
Все средства измерений, которые применяют в процессе испытаний на подтверждение заявленных характеристик и которые могут вносить вклад в неопределенность измерения, должны обладать прослеживаемостью к эталонам в соответствии с национальной метрологической схемой.
Частота входных сигналов должна находиться в пределах +/- 0,2% требуемого значения.
Амплитуда вибрации должна находиться в пределах +/- 3% заданного значения.
Коэффициент гармоник для входного электрического сигнала не должен превышать 0,1%.
Коэффициент гармоник для вибрации на входе не должен превышать 5%.
Примечание 1 - Для электродинамических вибростендов коэффициент гармоник на частотах ниже 20 Гц обычно будет более 5%.
Примечание 2 - Определение коэффициента гармоник - в соответствии с формулой (7).
В процессе испытаний параметры окружающей среды должны находиться в следующих пределах:
- температура окружающего воздуха - от 19 °C до 27 °C;
- относительная влажность воздуха - не более 90% (без выпадения конденсата).
13.3 Объект испытаний
Объектом испытаний является единичный образец средства измерений, образующий вместе с преобразователем(ями) вибрации единую измерительную цепь для определения и отображения параметров полосового сигнала и корректированного ускорения с использованием одной или нескольких частотных коррекций: Wb, Wc, Wd, Wf, Wh, Wj, Wk или Wm.
Примечание - В качестве преобразователя вибрации может быть использован трехкомпонентный или однокомпонентный акселерометр.
При отсутствии иных указаний все испытания, описанные в настоящем разделе, должны быть проведены для каждого канала многоканальной измерительной системы.
Если технической документацией на элементы измерительной системы предписано использование батарей питания конкретной модели и типа, то испытания проводят с использованием таких батарей.
13.4 Представление единичного образца на испытания
На испытания измерительная система должна быть представлена вместе с преобразователем вибрации того типа, что предназначен для использования в составе данной системы.
Допускается использовать измерительную систему с другими преобразователями вибрации при условии, что они обладают такими же характеристиками.
Измерительную систему представляют на испытания в комплекте с вспомогательными приспособлениями (например, адаптерами), необходимыми для получения входного и выходного электрического сигнала.
Измерительную систему рекомендуется представлять на испытания вместе с вибрационным калибратором.
Необходимо убедиться, что маркировка единичного образца соответствует требованиям раздела 9.
Перед проведением испытаний необходимо убедиться, что техническая документация на единичный образец содержит все сведения, требуемые по разделу 10, в соответствии с назначением данной измерительной системы.
По завершении испытаний положения технической документации должны быть заново пересмотрены, чтобы убедиться в их правильности и в том, что все заявленные параметры находятся в пределах допусков, установленных настоящим стандартом.
Необходимо убедиться, что единичный образец соответствует требованиям по 5.1.
Для измерительной системы с несколькими диапазонами измерений необходимо убедиться, что перекрытие диапазонов соответствует требованиям 5.7.
Необходимо убедиться, что показывающие устройства средства измерений соответствуют требованиям 5.2.
Единичный образец, преобразователь вибрации и вибрационный калибратор (если он представлен на испытания) должны быть подвергнуты визуальному контролю. Все элементы управления измерительной системой должны быть проверены, чтобы убедиться в их правильном функционировании.
В соответствии с технической документацией на единичный образец устанавливают коэффициент преобразования на частоте проверки калибровки. Выполняют все регулировки по 5.4 и указанные в технической документации на единичный образец в отношении коэффициента преобразования, добиваясь показаний опорного значения параметра вибрации для нормальных условий измерений.
13.8 Объем испытаний
Проводимые испытания включают в себя определение только тех характеристик единичного образца, которые соответствуют его назначению и относятся к измерительной цепи для следующих возможных применений:
a) измерений локальной вибрации;
b) измерений общей вибрации;
c) измерений общей низкочастотной вибрации.
Примечание - В настоящее время отсутствуют требования к проведению проверки единичных образцов, предназначенных для измерений общей угловой вибрации.
Эти испытания включают в себя приложение механических (вибрационных) тестовых воздействий для проверки всей измерительной цепи, включая акселерометр и установленные фильтры частотной коррекции. Калибровку единичного образца осуществляют только в пределах данных испытаний.
При необходимости пользователь единичного образца может заказать испытания для конфигурации измерительной системы, отличающейся от используемой в обычных условиях применения. При этом в любом случае целью является подтверждение требованиям настоящего стандарта в отношении конфигурации измерительной цепи, фактически применяемой пользователем.
Каждое испытание включает в себя калибровку измерительной цепи с применением воздействия гармонической вибрации заданных амплитуды и частоты. Параметры таких испытаний указаны в 13.10. По итогам испытаний должны быть определены следующие характеристики:
- коэффициент преобразования измерительной цепи;
- отклонения от линейности по амплитуде для нескольких уровней входного воздействия;
- частотная характеристика в ограниченном числе точек;
- собственный шум измерительной системы.
Кроме того, используемые в испытаниях тестовые электрические сигналы позволяют оценить:
- взаимное влияние измерительных каналов;
- индикацию перегрузки;
- работу устройств измерения времени.
Определяют процентное отклонение
. (14)Примечание - Значение
Для этого вначале с помощью эталонного преобразователя вибрации измеряют параметр воспроизводимого опорного сигнала, а затем выполняют измерение испытуемым единичным образцом. Измерительную систему устанавливают в режим полосовой фильтрации с линейным усреднением в опорном диапазоне и проводят измерения в течение времени, достаточного для стабилизации показаний (это время может достигать 30 с для локальной вибрации, 1 мин для общей вибрации и 5 мин для общей низкочастотной вибрации). Сигнал на входе измерительной цепи, состоящий из полезного сигнала и наведенной (фоновой) вибрации, должен превышать наведенную вибрацию (измеренную тем же испытуемым единичным образцом) не менее чем в 10 раз.
Для определения относительной погрешности измерения проводят не менее трех измерений. В каждом измерении регистрацию показаний единичного образца осуществляют после достижения измерительной системой равновесного состояния с окружающей средой в течение времени, указанного в технической документации. Разность между минимальным и максимальным показаниями для серии из трех измерений не должна превышать 3%.
Среднеарифметическое значение погрешности измерений должно быть в пределах допусков, установленных в таблице 2. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.
Для каждой частотной коррекции, предусмотренной средством измерений, на электрический вход подают стационарный синусоидальный сигнал на соответствующей частоте опорного сигнала. Регулируют амплитуду входного электрического сигнала таким образом, чтобы после прохождения полосового фильтра, соответствующего выбранной частотной коррекции, показание средства измерений совпадало с опорным значением параметра вибрации. С помощью отрегулированного электрического сигнала проводят измерение параметра корректированного ускорения. Разность между полученным показанием и соответствующим опорным значением параметра вибрации, умноженным на значение функции частотной коррекции на частоте опорного сигнала (см. таблицу 1), должна быть в пределах допуска, установленного в таблице 2. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.
Для единичного образца, предусматривающего измерение текущего среднеквадратичного значения, на входное устройство подают стационарный синусоидальный электрический сигнал на частоте опорного сигнала. Амплитуду входного сигнала регулируют таким образом, чтобы показания средства измерений в режиме полосовой фильтрации сигнала в заданном опорном диапазоне совпадали с заданным значением параметра вибрации опорного сигнала. После этого виброметр устанавливают в режим измерения текущего среднеквадратичного значения полосового сигнала. Показываемое значение измеряемой величины не должно отличаться от значения параметра вибрации опорного сигнала более чем на значение допуска, установленного в таблице 2. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.
13.10.1 Измерительная цепь для измерений локальной вибрации
При испытаниях следует убедиться в том, что входной сигнал превышает уровень фона не менее чем на 20 дБ. При необходимости можно повысить уровень возбуждаемой вибростендом вибрации. Следует следить за тем, чтобы искажения формы возбуждаемой вибрации были минимальными, а перемещения стола калибратора не выходили за установленные для него границы.
13.10.2 Измерительная цепь для измерений общей вибрации
При испытаниях следует убедиться в том, что входной сигнал превышает уровень фона не менее чем на 20 дБ. При необходимости можно повысить уровень возбуждаемой вибростендом вибрации. Следует следить за тем, чтобы искажения формы возбуждаемой вибрации были минимальными, а перемещения стола калибратора не выходили за установленные для него границы.
13.10.3 Измерительная цепь для измерений общей низкочастотной вибрации
При испытаниях следует убедиться в том, что входной сигнал превышает уровень фона не менее чем на 20 дБ. При необходимости можно повысить уровень возбуждаемой вибростендом вибрации. Следует следить за тем, чтобы искажения формы возбуждаемой вибрации были минимальными, а перемещения стола калибратора не выходили за установленные для него границы. Некоторые сочетания уровня и частоты возбуждения могут превышать возможности вибростенда, о чем необходимо указывать в протоколе испытаний.
Перед проведением любых испытаний единичный образец должен быть обеспечен напряжением питания в пределах, указанных изготовителем(ями) элементов измерительной системы.
Полный набор испытаний с воспроизведением механических воздействий включает в себя:
- регулировку коэффициента преобразования измерительной цепи на частоте и амплитуде опорного сигнала;
- проверку линейности по амплитуде на частоте опорного сигнала;
- определение частотной характеристики измерительной цепи при постоянной амплитуде вибрации (в пределах возможностей испытательного оборудования).
Преобразователь вибрации должен быть закреплен на установочной поверхности вибростенда способом, позволяющим максимально точно воспринимать вибрационное воздействие. Особое внимание следует уделить тому, чтобы устройство крепления преобразователя не приводило к искажению отклика на высоких частотах.
При испытаниях рекомендуется использовать калибровку преобразователя вибрации методом сравнения согласно ГОСТ ISO 16063-21. Оборудование, применяемое для калибровки, должно позволять воспроизводить вибрацию заданного постоянного уровня в течение всего времени измерений.
Испытания проводят для всей испытуемой измерительной системы в сборе, которая обычно включает в себя преобразователь вибрации (акселерометр), соединительный кабель, аналого-цифровой преобразователь и устройство сбора и обработки данных.
Для каждого измерительного канала и выбранной частотной коррекции определяют и при необходимости регулируют коэффициент преобразования измерительной системы на частоте и амплитуде опорного сигнала.
В целях проверки линейности на частоте опорного сигнала в пределах одного диапазона измерений применяют возбуждение с амплитудами (среднеквадратичными значениями) согласно 13.10. Регистрируют показания an. Отклонение от линейности
В целях определения отклонения частотной характеристики применяют возбуждение приблизительно одинакового уровня на частотах, как указано в 13.10. Для каждого входного возбуждения регистрируют показание an. Отклонение от номинальной функции частотной коррекции (см. приложение B) должно быть в пределах допусков, указанных в таблице 5. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 4%.
Собственный шум измерительной цепи определяют усреднением результатов десяти измерений вибрации с использованием преобразователя вибрации, установленного на невибрирующем объекте. В процессе испытаний проводят измерения как среднеквадратичного значения корректированного ускорения, так и текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения.
При измерении среднеквадратичного значения ускорения период интегрирования выбирают равным 1 мин в режиме измерения локальной вибрации, 5 мин в режиме измерения общей вибрации и 30 мин в режиме измерения общей низкочастотной вибрации.
Для измерительной системы, имеющей два измерительных канала и более (например, предназначенной для измерений трехкомпонентной вибрации), проводят испытания по определению помех, создаваемых каналами друг другу.
Все каналы должны быть настроены на измерения в опорном диапазоне. На электрический вход каждого канала по очереди подают сигнал на частоте опорного сигнала, при этом входы всех остальных каналов должны быть нагружены соответствующими электрическими эквивалентами преобразователя. Амплитуда тестового сигнала должна быть в пределах 5 дБ верхней границы диапазона измерений. В процессе испытания регистрируют показания для каждого из каналов.
Для каждого из каналов должны быть выполнены требования 5.16.
Индикацию перегрузки проверяют, подавая на электрический вход сигналы в виде положительных и отрицательных полусинусоид на частоте опорного сигнала, а также на частотах, указанных в таблице 14. Измерительную систему устанавливают в режим измерения полосового сигнала в опорном диапазоне частот. Подавая на вход сигнал в форме положительной полусинусоиды, повышают его уровень до тех пор, пока не появится индикация перегрузки. Затем ту же процедуру повторяют для сигнала в форме отрицательной полусинусоиды. В обоих случаях регистрируют значение сигнала, при котором наступает состояние перегрузки. Разность между этими значениями должна быть в пределах допуска, установленного в 5.10. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 2%.
Примечание - Кроме испытаний на частотах, установленных в настоящем разделе, индикация перегрузки может быть проверена на других частотах по выбору испытательной лаборатории.
Индикатор перегрузки должен работать при всех значениях входного сигнала в диапазоне от наименьшего уровня, вызывающего перегрузку, до максимального уровня, определенного в технической документации.
При измерениях параметров вибрации, требующих усреднения на заданном интервале времени, или пиковых значений индикатор перегрузки должен начать индикацию по достижении состояния перегрузки и удерживать ее, как указано в 5.10. Если средство измерений используют для измерений текущих значений параметра вибрации, то индикатор перегрузки должен работать так, как указано в 5.10.
Необходимо подтвердить, что минимальный период интегрирования при усреднении сигнала вибрации по времени не превосходит значения, заявленного в технической документации, а максимальный период интегрирования при усреднении по времени не меньше соответствующего заявленного значения.
Устанавливают время измерения вибрации, равное 2000 с. Фактическая продолжительность измерения не должна отличаться от установленного значения более чем на +/- 2 с (+/- 0,1%). Максимальная расширенная неопределенность измерения - 0,01%.
13.16 Протокол испытаний
В протоколе испытаний должны быть подробно отражены следующие сведения: конфигурации измерительной системы, условия испытаний, результаты испытаний. Протокол испытаний должен содержать заключение о том, удовлетворяет или не удовлетворяет испытуемый единичный образец требованиям настоящего стандарта в пределах установленного объема испытаний.
14.1 Общие положения
Соответствие требованиям настоящего стандарта считают подтвержденным, если отклонение результата измерений от нормативного значения с добавлением расширенной неопределенности, обеспечиваемой испытательной лабораторией, находится в пределах установленного допуска.
Неопределенность измерения определяют в соответствии с ГОСТ 34100.3. Расширенную неопределенность рассчитывают в испытательной лаборатории, используя для этого значение коэффициента k = 2.
Периодические испытания включают в себя калибровку средства измерений (обычно по заказу конечного пользователя) испытательной (калибровочной) лабораторией. Периодические испытания осуществляют на регулярной основе.
14.2 Требования испытаний
Все средства измерений, которые применяют в процессе периодических испытаний и которые могут вносить вклад в неопределенность измерения, должны обладать прослеживаемостью к эталонам в соответствии с национальной метрологической схемой.
Частота входных сигналов должна находиться в пределах +/- 0,2% требуемого значения.
Значения параметров вибрации должны находиться в пределах +/- 3% заданного значения.
Коэффициент гармоник для вибрации на входе не должен превышать 5%.
Примечание 1 - Для электродинамических вибростендов коэффициент гармоник на частотах ниже 20 Гц обычно будет более 5%.
Примечание 2 - Определение коэффициента гармоник - в соответствии с формулой (7).
В процессе испытаний параметры окружающей среды должны находиться в следующих пределах:
- температура окружающего воздуха - от 19 °C до 27 °C;
- относительная влажность воздуха - не более 90% (без выпадения конденсата).
14.3 Объект испытаний
Объектом испытаний является виброметр с преобразователем вибрации, вместе составляющие единую измерительную цепь для определения и отображения параметров полосового сигнала и корректированного ускорения с использованием одной или нескольких частотных коррекций: Wb, Wc, Wd, Wf, Wh, Wj, Wk или Wm.
Примечание - В качестве преобразователя вибрации может быть использован трехкомпонентный или однокомпонентный акселерометр.
При отсутствии иных указаний все испытания, описанные в настоящем разделе, должны быть проведены для каждого канала многоканального виброметра.
Если технической документацией на элементы измерительной системы предписано использование батарей питания конкретной модели и типа, то испытания проводят с использованием таких батарей.
14.4 Представление виброметра на испытания
На испытания виброметр должен быть представлен вместе с преобразователем вибрации того типа, что рекомендован для применения с данным виброметром.
Допускается использовать виброметр с другими преобразователями вибрации при условии, что они обладают схожими характеристиками.
Виброметр может быть представлен на испытания вместе с вибрационным калибратором.
Виброметр, преобразователь вибрации и вибрационный калибратор (если он представлен на испытания) должны быть подвергнуты визуальному осмотру, включая осмотр:
- преобразователя вибрации, кабеля и корпуса виброметра с целью подтвердить, что ни один из этих элементов не имеет видимых признаков повреждений;
- соединений между преобразователем вибрации и кабелем, кабелем и виброметром, а также любых других доступных соединений средства измерений с целью подтвердить их надежность и защищенность.
Все элементы управления измерительной системой должны быть проверены, чтобы убедиться в их правильном функционировании.
Необходимо убедиться, что маркировка виброметра соответствует требованиям раздела 9.
Перед проведением испытаний необходимо убедиться, что техническая документация на виброметр содержит все сведения, требуемые по разделу 10, в соответствии с его назначением.
По завершении испытаний все положения технической документации должны быть заново пересмотрены, чтобы убедиться в их правильности и в том, что все заявленные параметры находятся в пределах допусков, установленных настоящим стандартом.
14.7 Объем испытаний
Проводимые испытания включают в себя определение только тех характеристик виброметра, которые соответствуют его назначению для следующих возможных применений:
a) измерений локальной вибрации;
b) измерений общей вибрации;
c) измерений общей низкочастотной вибрации.
Примечание - В настоящее время отсутствуют требования к проведению испытаний виброметров, предназначенных для измерений общей угловой вибрации.
Эти испытания включают в себя приложение механических (вибрационных) тестовых воздействий для проверки всей измерительной цепи, включая акселерометр и установленные фильтры частотной коррекции. При этом в любом случае целью является подтверждение требованиям настоящего стандарта в отношении конфигурации измерительной цепи, фактически применяемой пользователем.
При необходимости пользователь виброметра может провести испытания для конфигурации измерительной системы, отличающейся от используемой в обычных условиях применения. При этом в любом случае подтверждение требованиям настоящего стандарта осуществляется только в отношении заданной пользователем конфигурации измерительной цепи.
Процедура испытаний включает в себя калибровку измерительной цепи с применением вибрационного воздействия заданных амплитуды и частоты. Параметры таких испытаний указаны в 14.8. По итогам испытаний должны быть определены следующие характеристики:
- коэффициент преобразования измерительной цепи;
- отклонения от линейности по амплитуде для нескольких уровней входного воздействия;
- частотная характеристика в ограниченном числе точек (частот);
- собственный шум измерительной системы.
14.8.1 Измерительная цепь для измерений локальной вибрации
При испытаниях следует убедиться в том, что входной сигнал превышает фоновый шум не менее чем на 20 дБ. При необходимости можно повысить уровень возбуждаемой вибростендом вибрации. Следует следить за тем, чтобы искажения формы возбуждаемой вибрации были минимальны, а перемещения стола калибратора не выходили за установленные для него границы.
14.8.2 Измерительная цепь для измерений общей вибрации
При испытаниях следует убедиться в том, что входной сигнал превышает фоновый шум не менее чем на 20 дБ. При необходимости можно повысить уровень возбуждаемой вибростендом вибрации. Следует следить за тем, чтобы искажения формы возбуждаемой вибрации были минимальны, а перемещения стола калибратора не выходили за установленные для него границы.
Примечание - Частоты, на которых проверяют отклонение от номинальной характеристики, лежат в диапазоне, где допуск составляет +/- 1 дБ (см. приложение B). Для тех функций частотной коррекции, где допуск +/- 1 дБ распространяется на частоты ниже 2 Гц, желательно расширить диапазон испытаний в область низких частот, охватив при этом частоты, где допуск составляет +/- 1 дБ.
14.8.3 Измерительная цепь для измерений общей низкочастотной вибрации
При испытаниях следует убедиться в том, что входной сигнал превышает фоновый шум не менее чем на 20 дБ. При необходимости можно повысить уровень возбуждаемой вибростендом вибрации. Следует следить за тем, чтобы искажения формы возбуждаемой вибрации были минимальны, а перемещения стола калибратора не выходили за установленные для него границы. Некоторые сочетания уровня и частоты возбуждения могут превышать возможности калибратора, о чем необходимо указывать в протоколе испытаний.
Перед проведением любых испытаний виброметр должен быть обеспечен напряжением питания в пределах, указанных изготовителем.
Полный набор испытаний с воспроизведением механических воздействий включает в себя:
- регулировку коэффициента преобразования измерительной цепи на частоте и амплитуде опорного сигнала;
- проверку линейности на частоте опорного сигнала;
- определение частотной характеристики измерительной цепи при постоянной амплитуде вибрации.
Преобразователь вибрации должен быть закреплен на установочной поверхности вибростенда способом, позволяющим максимально точно воспринимать вибрационное воздействие. Особое внимание следует уделить тому, чтобы устройство крепления преобразователя не приводило к искажению отклика на высоких частотах.
При испытаниях рекомендуется использовать калибровку преобразователя вибрации методом сравнения согласно ГОСТ ISO 16063-21. Оборудование, используемое для калибровки, должно позволять воспроизводить вибрацию заданного постоянного уровня в течение всего времени измерений.
Испытания проводят для всей измерительной цепи.
Для каждого измерительного канала и выбранной частотной коррекции определяют и при необходимости регулируют коэффициент преобразования измерительной цепи на частоте и амплитуде опорного сигнала.
В целях проверки линейности на частоте опорного сигнала в пределах одного диапазона измерений применяют возбуждение с амплитудами (среднеквадратичными значениями) согласно 14.8. Для каждого уровня входного возбуждения регистрируют показание an. Отклонение от линейности
В целях определения отклонения частотной характеристики применяют возбуждение приблизительно одинакового уровня на частотах, как указано в 14.8. Для каждого входного возбуждения регистрируют показание an. Отклонение от номинальной функции частотной коррекции (см. приложение B) должно быть в пределах допусков, указанных в таблице 5. Максимальная расширенная неопределенность измерения - 5%.
14.10 Протокол испытаний
В протоколе испытаний должны быть подробно отражены следующие сведения: конфигурации средства измерений, условия испытаний, результаты испытаний. Протокол испытаний должен содержать заключение о том, удовлетворяет или не удовлетворяет испытуемое средство измерений требованиям настоящего стандарта в пределах установленного объема испытаний.
15.1 Общие положения
Проверка на месте применения предназначена для оценки работоспособности средства измерений до и после проведения серии измерений. В этом случае проверяют только основную калибровку средства измерений и его функциональные возможности.
Техническая документация должна содержать инструкцию по проведению проверки на месте применения.
В технической документации должен быть определен порядок визуальной проверки целости средства измерений. Эта проверка включает в себя осмотр:
- акселерометра, кабеля и корпуса виброметра с целью подтвердить, что ни один из этих элементов не имеет видимых признаков повреждений;
- соединений между акселерометром и кабелем, кабелем и виброметром, а также любых других доступных соединений средства измерений с целью подтвердить их надежность и защищенность.
В технической документации должен быть описан способ контроля коэффициента преобразования средства измерений на месте его применения. Способ контроля должен включать в себя:
- метод проверки коэффициента преобразования измерительной цепи средства измерений в опорном диапазоне измерений с использованием вибрационного воздействия с амплитудой опорного сигнала вибрации, создаваемой калибратором на частоте проверки калибровки.
Проверку на частоте 159,15 Гц выполняют только в случае виброметра, предназначенного для измерений локальной вибрации. Ожидаемое при этом среднеквадратичное значение корректированного ускорения - в соответствии с таблицей B.6.
Примечание - Если опыт применения виброметра показывает, что изменение коэффициента преобразования преобразователя вибрации и всего средства измерений в целом маловероятно, то количественное значение коэффициента преобразования допускается не определять. При этом, однако, необходимо убедиться в отсутствии разрывов измерительной цепи, например, постукивая по измерительной поверхности преобразователя и наблюдая за откликом показывающего устройства;
- способ индикации достижения предельных регулировок коэффициента преобразования, которые могут быть использованы при нормальном применении прибора (т.е. границ регулировки, при выходе за пределы которых должна появляться индикация о возможном неправильном функционировании средства измерений);
- способ записи результатов проверки калибровки на месте применения средства измерений (включая дату и время проведения проверки, настройку средства измерений и калибратора, начальное значение коэффициента преобразования и внесенную в него поправку).
(обязательное)
A.1 Общие положения
Калибратор служит для воспроизведения вибрации с заданными характеристиками. Эту вибрацию прикладывают к преобразователю вибрации для проверки коэффициента преобразования средства измерений на месте его применения.
Калибратор должен иметь гладкую поверхность (вибростол), на которой закрепляют преобразователь вибрации.
A.2 Технические требования
Калибратор должен удовлетворять следующим требованиям.
Таблица A.1
к радиочастотному электромагнитному полю
и помехам сетевой частоты
В технических данных калибратора (указанных, например, в сертификате калибровки или в технической документации) должны быть определены ожидаемые среднеквадратичные значения корректированного ускорения для всех возможных режимов работы виброметра и для всех возможных сочетаний частот и амплитуд возбуждаемой калибратором вибрации.
A.3 Испытания в целях утверждения типа и поверка калибратора
Испытания в целях утверждения типа и периодические испытания калибраторов проводят методом сравнения по ГОСТ ISO 16063-21 (который распространяется также на портативные вибрационные калибраторы) с использованием эталонного преобразователя вибрации.
В процессе испытаний эталонный преобразователь вибрации устанавливают на вибростол калибратора, после чего с его помощью измеряют среднеквадратичное значение и частоту воспроизводимого калибратором ускорения. Целью испытаний является проверка, соответствуют ли параметры воспроизводимой вибрации значениям, указанным в таблице A.1. Расширенная неопределенность измерений - по ГОСТ ISO 16063-21-2013 (приложение A).
(справочное)
Значения функций частотной коррекции и их допуски, приведенные в таблицах B.1 - B.9 и на рисунках B.1 - B.18, рассчитаны в соответствии с таблицами 3 - 5 и формулами (1) - (5).
В качестве основы для расчетов взяты истинные среднегеометрические частоты третьоктавных полос fc, Гц, определяемые формулой
fc(n) = 10n/10, (B.1)
Использованы значения среднегеометрических частот третьоктавных фильтров, определенные в [6] расчетом по основанию 10.
Для идентификации третьоктавных полос часто используют номинальные значения среднегеометрических частот, которые, однако, не следует использовать при вычислении значения функции частотной коррекции, на которую умножают результат измерений в третьоктавной полосе частот.
Примечание 1 - В некоторых стандартах на методы измерений функция частотной коррекции табулирована для номинальных значений среднегеометрических частот третьоктавных полос. Это может привести к расхождению в значениях функции частотной коррекции с теми, что рассчитаны на основе истинных значений.
Табулированные в настоящем приложении функции частотной коррекции [см. формулу (5)] включают в себя полосовую фильтрацию. Приведенные границы допусков справедливы как для частотных характеристик полосовых фильтров, так и для функции частотной коррекции в целом.
Примечание 2 - В настоящем приложении значения функции частотной коррекции, ее фазы и истинные среднегеометрические частоты третьоктавных полос представлены с точностью до четырех значащих цифр для абсолютных значений и с точностью до двух цифр после запятой для относительных значений, дБ. Это не следует трактовать как точность, требуемую от средства измерений.
Примечание 3 - Вследствие разницы в определениях, среднегеометрические частоты в соответствующих третьоктавных полосах, как они указаны в таблицах B.1 - B.9 для представления функций частотной коррекции, несколько отличаются от частот опорных сигналов, приведенных в таблице 1.
Примечание 4 - Для тех среднегеометрических частот, которым в графическом представлении соответствует ступенчатое изменение поля допуска, применяют те значения допуска, что указаны в соответствующей таблице.
Таблица B.1
в вертикальном направлении (ось z), воздействующей
на человека в положении сидя, стоя или лежа
(на основе ГОСТ 31191.4)
![]() X - частота, Гц; Y - модуль частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
по ГОСТ 31191.4
![]() X - частота, Гц; Y - фаза частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.2 - Фаза функции частотной коррекции Wb
по ГОСТ 31191.4
Таблица B.2
в горизонтальном направлении (ось x), воздействующей
на человека в положении сидя, спинка сиденья
(на основе ГОСТ 31191.1)
![]() X - частота, Гц; Y - модуль частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.3 - Модуль функции частотной коррекции Wc
по ГОСТ 31191.1
![]() X - частота, Гц; Y - фаза частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.4 - Фаза функции частотной коррекции Wc
по ГОСТ 31191.1
Таблица B.3
в горизонтальном направлении (ось x или y), воздействующей
на человека в положении сидя, стоя или лежа
(на основе ГОСТ 31191.1)
![]() X - частота, Гц; Y - модуль частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.5 - Модуль функции частотной коррекции Wd
по ГОСТ 31191.1
![]() X - частота, Гц; Y - фаза частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.6 - Фаза функции частотной коррекции Wd
по ГОСТ 31191.1
Таблица B.4
во всех направлениях, воздействующей на человека
в положении сидя (на основе ГОСТ 31191.1)
![]() X - частота, Гц; Y - модуль частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.7 - Модуль функции частотной коррекции We
по ГОСТ 31191.1
![]() X - частота, Гц; Y - фаза частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.8 - Фаза функции частотной коррекции We
по ГОСТ 31191.1
Таблица B.5
вибрации в вертикальном направлении (ось z), воздействующей
на человека в положении сидя или стоя
(на основе ГОСТ 31191.1)
![]() X - частота, Гц; Y - модуль частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.9 - Модуль функции частотной коррекции Wf
по ГОСТ 31191.1
![]() X - частота, Гц; Y - фаза частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.10 - Фаза функции частотной коррекции Wf
по ГОСТ 31191.1
Таблица B.6
во всех направлениях (на основе ГОСТ 31192.1)
![]() X - частота, Гц; Y - модуль частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.11 - Модуль функции частотной коррекции Wh
по ГОСТ 31192.1
![]() X - частота, Гц; Y - фаза частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.12 - Фаза функции частотной коррекции Wh
по ГОСТ 31192.1
Таблица B.7
направлении (ось x), воздействующей на голову лежащего
человека (на основе ГОСТ 31191.1)
![]() X - частота, Гц; Y - модуль частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.13 - Модуль функции частотной коррекции Wj
по ГОСТ 31191.1
![]() X - частота, Гц; Y - фаза частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.14 - Фаза функции частотной коррекции Wj
по ГОСТ 31191.1
Таблица B.8
в вертикальном направлении (ось z), воздействующей
на человека в положении сидя, стоя или лежа
(на основе ГОСТ 31191.1)
![]() X - частота, Гц; Y - модуль частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.15 - Модуль функции частотной коррекции Wk
по ГОСТ 31191.1
![]() X - частота, Гц; Y - фаза частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.16 - Фаза функции частотной коррекции Wk
по ГОСТ 31191.1
Таблица B.9
во всех направлениях (на основе ГОСТ 31191.2)
![]() X - частота, Гц; Y - модуль частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
Рисунок B.17 - Модуль функции частотной коррекции Wm
по ГОСТ 31191.2
![]() X - частота, Гц; Y - фаза частотной характеристики;
1 - полосовой фильтр; 2 - функция частотной коррекции
по ГОСТ 31191.2
(справочное)
C.1 Реализация фильтров в частотной области
C.1.1 Общие положения
Для получения среднеквадратичного значения корректированного ускорения aw могут быть использованы любые методы частотного анализа [аналоговые или цифровые, в реальном масштабе времени, в третьоктавных полосах или с использованием быстрого преобразования Фурье (БПФ)], позволяющие вычислить среднеквадратичные значения спектральных составляющих ускорения ai для их последующего возведения в квадрат и суммирования с соответствующими весовыми коэффициентами по формуле
где wi - значение функции частотной коррекции на среднегеометрической частоте i-й полосы частот.
Примечание - Частотный анализ нельзя применять для получения значения дозы вибрации VDV. Его нельзя использовать также для получения текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения по настоящему стандарту, поскольку время интегрирования или постоянная времени интегрирования (1 с) сопоставимы с постоянной времени фильтра (величиной, обратно пропорциональной ширине полосы частот).
C.1.2 Анализ в третьоктавных полосах
Значения среднегеометрических частот при третьоктавном анализе - в соответствии с таблицами B.1 - B.9. В диапазон анализа должны входить по крайней мере по одной третьоктавной полосе выше и ниже номинального диапазона, определяемого границами f1 и f2 по таблице 3.
Перед проведением операций возведения в квадрат и суммирования по формуле (C.1) значения ускорения следует умножить на соответствующее значение функции частотной коррекции (см. 5.6, таблицы B.1 - B.9).
C.1.3 Быстрое преобразование Фурье
Среднеквадратичное значение корректированного ускорения aw может быть получено на основе среднеквадратичных значений составляющих БПФ сигнала вибрации в соответствии с формулой (C.1) или на основе составляющих спектральной плотности мощности Pi по формуле
В каждом из этих случаев весовые коэффициенты wi (значения функции частотной коррекции) следует рассчитывать по формулам 5.6, а не брать из таблиц приложения B.
При суммировании спектральных составляющих следует принимать во внимание эффект просачивания спектральных составляющих, связанный с процедурой использования временного окна для формирования выборки. При анализе в широкой полосе частот рассчитанное в соответствии с формулой (C.2) среднеквадратичное значение корректированного ускорения aw следует разделить на коэффициент, соответствующий ширине полосы эквивалентного идеального фильтра, пропускающего белый шум такой же мощности (см. таблицу C.1).
Таблица C.1
БПФ-анализаторы обычно учитывают коэффициент выбранного временного окна по умолчанию.
Разрешение по частоте для БПФ должно быть менее 40%, а лучше менее 20% нижней границы номинального диапазона частот. Частота выборки должна по крайней мере в пять раз превышать верхнюю границу номинального диапазона частот.
C.2 Реализация фильтров во временной области
C.2.1 Общие положения
Оценка сигналов ускорения с точки зрения их воздействия на человека включает процедуру частотной коррекции с использованием одного из фильтров, описанных в 5.6. В случае линейного усреднения по времени при определении среднеквадратичного значения корректированного ускорения процедура умножения на функцию частотной коррекции может быть осуществлена как до интегрирования, так и после вычисления среднеквадратичных значений спектральных составляющих - результат будет одним и тем же. Но для определения таких параметров, как максимальное кратковременное среднеквадратичное значение MTTV, необходимо измерять максимальное значение текущего среднеквадратичного значения ускорения (см. приложение D). В этом случае процедура умножения на функцию частотной коррекции должна быть выполнена до интегрирования по времени.
Применение при анализе во временной области цифровых фильтров позволяет ограничить использование дорогостоящих и громоздких (особенно в многоканальных системах) аналоговых устройств.
C.2.2 Преобразование из частотного представления во временное
Подобно тому, как для построения аналоговых фильтров в частотной области используется преобразование Лапласа, для программно реализуемой цифровой фильтрации часто применяют z-преобразование. Передаточная функция цифрового фильтра может быть представлена в виде его z-преобразования H(z). В z-области преобразование Y(z) выходного сигнала цифрового фильтра связано с z-преобразованием входного сигнала X(z) формулой
Y(z) = H(z)X(z). (C.3)
Передаточная функция цифрового фильтра H(z) может быть представлена в виде
, (C.4)где ai и bi - постоянные коэффициенты;
M и N - число нулей и полюсов фильтра соответственно.
Эквивалентная формула во временной области будет иметь следующий вид:
где x(ti) и y(ti) - выборочные значения входного и выходного сигналов соответственно в момент времени ti.
C.2.3 Расчет коэффициентов фильтра
Коэффициенты фильтра ai и bi могут быть получены методом билинейного преобразования или методом инвариантного преобразования импульсной характеристики (см. [7]). Метод билинейного преобразования наилучшим образом подходит для фильтров Баттерворта, в частности фильтров верхних и нижних частот, описанных в 5.6. z-преобразование этих двухполюсных фильтров может быть получено из преобразования Лапласа передаточной функции в 5.6 заменой переменной Лапласа s по формуле
, (C.6)где Ts - период выборки.
Аналогичный подход или альтернативный метод инвариантного преобразования импульсной характеристики может быть использован для переходных и ступенчатых фильтров.
C.2.4 Применение фильтров
Фильтры по очереди применяют к последовательности оцифрованных данных в порядке их поступления в соответствии с формулой (C.5).
В качестве примера на рисунке C.1 приведена программа фильтрации для частотной коррекции Wk в кодах
, где используется встроенная функция 'fillter.m', а также стандартные функции анализа сигналов 'butter.m' и 'bilinear.m' <1>.--------------------------------
<1>
является примером подходящего для использования в данной ситуации коммерческого продукта. Данная информация дана только для удобства пользователей настоящего документа, и ее не следует рассматривать как поддержку данного продукта со стороны ИСО.Примечание - Программа на рисунке C.1 требует, чтобы частота выборки по крайней мере в девять раз превышала значение верхней частоты диапазона измерений f2 (см. таблицу 3), чтобы удовлетворить требованиям настоящего стандарта по допуску на функцию частотной коррекции. Требование к частоте выборке можно понизить, если изменить программу соответствующим образом, например использовать преобразование
,где fco - частота среза фильтра.
???????????????????????????????????????????????????????????????????????????
?function y = isofilwk(x,fs) ?
? ?
?%ISOFILWK ?
?Filter ISO 8041 Wk, whole body, vertical direction ?
?% y = isofilwk(x,fs) ; ?
?% y output signal vector, acceleration ?
?% x input signal vector, acceleration ?
?% fs sampling frequency Hz ?
?% bilinear transformation algorithm is used ?
? ?
?f1 = 0.4; ?
?f2 = 100; ?
?f3 = 12.5; ?
?f4 = 12.5; ?
?Q4 = 0.63; ?
?f5 = 2.37; ?
?Q5 = 0.91; ?
?f6 = 3.35; ?
?Q6 = 0.91; ?
? ?
?w3 = 2*pi*f3; ?
?w4 = 2*pi*f4; ?
?w5 = 2*pi*f5; ?
?w6 = 2*pi*f6; ?
? ?
?nyq = fs/2; % Nyquist frequency ?
?% ?
?% band limiting high pass and low pass ?
?% ?
?[b1,a1] = butter(2,f1/nyq,'high1); % High pass ?
?[b2,a2] = butter(2,f2/nyq); % Low pass ?
?% ?
?% a-v transition ?
?% ?
?B3 = [1/w3 1]; ?
?A3 = [1/w4/w4 1/Q4/w4 1]; ?
?[b3,a3] = bilinear(B3,A3,fs); ?
?% ?
?% upward step ?
?% ?
?B4 = [1/w5/w5 1/Q5/w5 1]*w5*w5/w6/w6; ?
?A4 = [1/w6/w6 1/Q6/w6 1]; ?
?[b4,a4] = bilinear(B4,A4,fs); ?
?% ?
?% Apply filter to input signal vector x (output to signal vector y) ?
?% ?
?y = filter(b2,a2,x); ?
?y = filter(b1/a1/y); ?
?y = filter(b3,a3,y); ?
?y = filter(b4,a4,y); ?
? ?
? ?
???????????????????????????????????????????????????????????????????????????
коррекцию Wk
(справочное)
КОРРЕКТИРОВАННОГО УСКОРЕНИЯ
D.1 Линейное усреднение
Для практической реализации измерения текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения с использованием линейного усреднения применяют цифровые методы обработки сигнала, позволяющие хранить большие массивы данных (выборочных значений сигнала) (см. рисунок D.1).
![]() k - текущий номер в выборке;
дискретизации;
D.2 Экспоненциальное усреднение
Метод экспоненциального усреднения долгое время являлся доминирующим при измерении шума и вибрации, воздействующих на человека. Вначале этот метод был стандартизован для шумомеров (временные коррекции "медленно" с постоянной времени 1 с и "быстро" с постоянной времени 0,125 с), а потом и для виброметров. Экспоненциальное усреднение называют также "экспоненциальное интегрирование". Схема реализации данного метода показана на рисунке D.2.
![]() ; t - постоянная времениэкспоненциального усреднения
D.3 Сравнение двух методов усреднения
Результаты измерений, полученные с использованием формул из 3.1.2.3 и 3.1.2.4, могут существенно различаться между собой. Существует два основных критерия эквивалентности результатов, полученных этими методами, которые применяют в зависимости от вида измерений и типа вибрационного сигнала:
a) критерий эквивалентности 1 (см. рисунок D.3). Для наилучшего совпадения результатов измерений MTVV в случае импульсных сигналов (ударов) время интегрирования при линейном усреднении следует выбирать примерно равным постоянной времени при экспоненциальном усреднении. Тем не менее и в этом случае возможны значительные расхождения в результатах измерений, которые зависят от длительности и формы импульсного сигнала;
b) критерий эквивалентности 2 (см. рисунок D.4). С точки зрения наилучшего совпадения статистических параметров измерений текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения (дисперсия, интервал охвата и др.) в случае случайного сигнала время интегрирования при линейном усреднении следует выбирать в два раза большим постоянной времени при экспоненциальном усреднении. То же самое справедливо в случае последовательности импульсов или периодических сигналов с небольшим шумом, однако при этом в случае линейного усреднения результат может значительно зависеть от соотношения времени интегрирования и периода сигнала.
![]() A - весовая функция экспоненциального усреднения;
B - весовая функция линейного усреднения
приблизительную эквивалентность результатов измерений
максимального кратковременного среднеквадратичного значения
корректированного ускорения для импульсных сигналов
![]() A - весовая функция экспоненциального усреднения;
B - весовая функция линейного усреднения
приблизительную эквивалентность результатов измерений
среднеквадратичных значений и других статистических
характеристик сигналов
(рекомендуемое)
E.1 Общие положения
Выбор преобразователей вибрации, применяемых в задачах измерения вибрации, воздействующей на человека, зависит от многих факторов, в частности:
- целей применения (измерение локальной, общей или общей низкочастотной вибрации);
- назначения измерений (для оценки влияния вибрации на здоровье, комфорт или оценки чувствительности к вибрации);
- условий окружающей среды (например, температуры воздуха, влажности, запыленности);
- условий крепления (например, крепление на легкие конструкции, с ограниченным пространством для установки преобразователя).
В настоящем приложении характеристики преобразователей вибрации даны исходя из задачи оценки влияния вибрации на здоровье человека. Для других целей измерения требования к этим характеристикам могут быть ослаблены или, наоборот, ужесточены.
Примечание - В настоящем стандарте предполагается, что величиной, измеряемой с помощью преобразователя вибрации, является ускорение. Это не исключает применения преобразователей для других величин, описывающих вибрацию, таких, например, как скорость, при условии соблюдения всех требований настоящего стандарта. При этом испытания с использованием тестовых электрических сигналов могут потребовать внесения соответствующих изменений.
E.2 Характеристики
Рекомендуемые минимальные характеристики преобразователей вибрации (которые, однако, могут быть применены не во всех случаях) приведены в таблице E.1.
Таблица E.1
в зависимости от применения
(рекомендуемое)
F.1 Измерения локальной вибрации
F.1.1 Общие положения
Система крепления, используемая при измерениях локальной вибрации, должна иметь малую массу и размеры и высокую жесткость, чтобы выходной сигнал преобразователя вибрации как можно более точно воспроизводил ускорение вибрирующей поверхности.
В настоящем приложении приведены основные методы испытаний систем крепления однокомпонентного и трехкомпонентного преобразователей вибрации.
F.1.2 Метод испытаний
Во время испытаний акселерометр устанавливают так, как показано на рисунке F.1. Применяемый опорный преобразователь вибрации должен удовлетворять всем требованиям к акселерометру, установленным настоящим стандартом. Испытанию подвергают систему крепления и акселерометр, которые предназначены для использования в составе средства измерений, проверяемого на соответствие требованиям настоящего стандарта.
![]() a) Измерения вдоль оси x
![]() b) Измерения вдоль оси y
![]() c) Измерения вдоль оси z
1 - направление воздействия вибрации; 2 - испытуемый
акселерометр; 3 - испытуемая система крепления;
4 - рукоятка; 5 - опорный акселерометр
при испытаниях системы крепления, используемой
при измерениях локальной вибрации
Испытания проводят с применением жестких рукояток цилиндрической формы диаметром 25 мм и длиной 125 мм. Вибрация должна воздействовать на рукоятку в направлении, указанном на рисунке F.1. Рукоятка может в любой точке иметь опору(ы) при условии, что она не будет оказывать влияния на систему крепления и мешать фиксации системы крепления, при необходимости, рукой во время испытаний. Все измерения проводят в направлении воздействия вибрации.
Если конструкция системы крепления предполагает ее фиксацию на месте кистью руки, то она должна быть испытана с фиксацией кистью руки при больших и меньших усилиях нажатия. Если в технической документации указаны дополнительные устройства фиксации, их следует применять в процессе испытаний.
Желательно иметь возможность измерять и контролировать усилие нажатия в ходе испытаний. Изменение усилия нажатия в процессе измерения может оказать влияние на передаточную характеристику системы крепления.
Рукоятку возбуждают однонаправленной вибрацией в виде белого шума, как показано на рисунке F.1. Диапазон частот вибрации - не менее чем от 31,5 до 1250 Гц; среднеквадратичное значение корректированного ускорения (для частотной коррекции Wh) - 10 м/с2. Допуск на форму спектра сигнала, измеренного в контрольной точке испытуемой рукоятки, - +/- 20%.
Выходные сигналы с опорного и испытуемого акселерометров поступают на вход двухканального анализатора, обеспечивающего разрешение по частоте не хуже 8 Гц. Диапазон анализа должен охватывать весь диапазон частот возбуждения.
Измерения повторяют три раза в течение не менее 30 с каждое. Между измерениями систему крепления переустанавливают заново.
В процессе измерений определяют передаточную функцию между сигналами опорного и испытуемого акселерометров, которая не должна отличаться от единицы более чем на +/- 15% во всем диапазоне частот измерений. Кроме этого, измеряют функцию когерентности, значение которой на всех частотах от 31,5 до 1250 Гц должно быть выше 0,8.
При отсутствии двухканального анализатора следует провести одновременные измерения спектров сигналов опорного и испытуемого акселерометров. На всех частотах от 31,5 до 1250 Гц спектр испытуемого акселерометра не должен отличаться от спектра опорного акселерометра более чем на 15%.
По возможности рекомендуется провести предварительные испытания закрепляемого акселерометра, установив его жестко на рукоятке, например с помощью шпильки или клея, т.е. без использования системы крепления. Сравнение результатов этих предварительных испытаний с полученными в ходе основных испытаний по данному приложению даст дополнительную информацию о работе системы крепления.
F.1.3 Протокол испытаний
Протокол испытаний должен включать в себя следующую информацию:
a) тип и заводской номер опорного преобразователя вибрации;
b) разрешение по частоте при частотном анализе;
c) максимальное отклонение от единицы передаточной функции (в процентах) и частота, на которой это отклонение имеет место для испытаний по каждому из направлений возбуждения вибрации x, y и z.
Дополнительно может быть представлен график передаточной функции, полученной в результате испытаний.
Один из методов крепления преобразователя вибрации для измерений общей вибрации на подушке или спинке сидения приведен в [8].
Согласно [8], в котором установлен лабораторный метод испытаний сиденья транспортного средства, акселерометр закрепляют в центре установочного диска диаметром (250 +/- 50) мм. Толщина диска должна быть по возможности минимальной, а высота - не более 12 мм. Этот полужесткий установочный диск из формованной резины или пластика (твердостью приблизительно от 80 до 90 единиц по шкале Шора A) должен иметь в середине полость, в которую устанавливают акселерометр. Акселерометр прикрепляют к тонкому металлическому диску толщиной (1,5 +/- 0,2) мм и диаметром (75 +/- 5) мм.
(обязательное)
G.1 Общая информация
Приводят следующую информацию:
a) ссылку на настоящий стандарт;
b) дату испытаний для подтверждения заявленных характеристик средства измерений с указанием прослеживаемости к национальным эталонам;
c) описание всего средства измерений в той конфигурации, которая обеспечивает нормальный режим его работы, включая при необходимости расширительные кабели, систему крепления, механический фильтр и другие вспомогательные устройства;
d) описание акселерометра(ов), рекомендуемого(ых) для использования в составе средства измерений;
e) описание характеристик и способов работы каждого канала многоканального средства измерений;
f) перечень дополнительных средств, которые могут потребоваться, чтобы средство измерений соответствовало установленным требованиям (например, механические фильтры, системы крепления или кабели, встраиваемые специализированные программные средства);
g) перечень дополнительных средств, которые могут быть использованы в специальных задачах и при особых обстоятельствах (например, средства крепления или преобразователи вибрации для проведения измерений в условиях сильных ударов).
G.2 Общие технические характеристики
Приводят следующую информацию:
a) описание величин, которые могут быть измерены с помощью средства измерений (среднеквадратичное значение корректированного ускорения, текущее среднеквадратичное значение корректированного ускорения, доза вибрации и др.) по отдельности или в совокупности;
b) описание применяемых частотных коррекций, для которых соблюдаются требования настоящего стандарта, и соответствующих им полосовых фильтров;
c) описание метода или методов, используемых для объединения данных измерений по нескольким направлениям вибрации, включая указание используемых частотных коррекций и соответствующих коэффициентов для разных направлений (в случае проведения измерений по нескольким направлениям);
d) сведения о дополнительных характеристиках средства измерений (включая функции частотной коррекции и передаточные функции фильтров), которые используют для измерений величин, не указанных в настоящем стандарте, и допусках на этих характеристики;
e) описание временных коррекций, используемых для измерений текущих значений параметра вибрации;
f) описание диапазонов измерений и способа управления этими диапазонами;
g) описание всех показывающих устройств, в том числе режимов работы цифровых показывающих устройств, и способ идентификации измеренной величины, отображенной на каждом показывающем устройстве. При наличии нескольких показывающих устройств должно быть указано, какие из них соответствуют требованиям настоящего стандарта, а какие предназначены для других целей.
Примечание - К показывающим устройствам не относят устройства выхода по постоянному или переменному току или цифровые выходы;
h) описание нормального режима работы средства измерений в целом;
i) перечень дополнительных устройств, предоставляемых изготовителем в комплекте и требования к которым установлены настоящим стандартом;
j) номинальные значения верхней и нижней границ линейного рабочего диапазона на частоте опорного сигнала для каждого диапазона измерений;
k) верхнюю и нижнюю границы (как функции частоты) для значений величин, которые могут быть измерены средством измерений с соблюдением допусков, установленных настоящим стандартом, для каждой используемой частотной коррекции и каждого режима измерений;
l) описание работы в режиме удержания максимального (пикового) значения и способ сброса показания удерживаемого значения;
m) описание процедуры приведения средства измерений в состояние готовности (после сброса данных) для измерения величин с усреднением на заданном интервале времени, пикового значения, дозы вибрации, максимального кратковременного среднеквадратичного значения с указанием, происходит ли при сбросе данных выключение индикатора перегрузки, и номинальной временной задержки между сбросом данных и началом периода измерений;
n) описание работы и способа интерпретации показаний индикаторов перегрузки и слабого сигнала, а также способа сброса индикации;
o) уникальные идентификационные данные компьютерных программ, необходимых для работы средства измерений, способы их установки и использования;
p) версии программных продуктов, используемых на внешних устройствах или встраиваемых в средство измерений, которые необходимы для соблюдения требований настоящего стандарта.
G.3 Коэффициент преобразования
Приводят следующую информацию:
a) описание вибрационного калибратора или калибраторов, которые могут быть использованы для определения коэффициента преобразования измерительной цепи средства измерений;
b) частоту(ы) проверки калибровки;
c) рекомендуемые методы контроля и регулировки коэффициента преобразования измерительной цепи для значения параметра вибрации опорного сигнала в опорном диапазоне измерений на частоте проверки калибровки;
d) предполагаемую скорость дрейфа коэффициента преобразования в нормальных рабочих условиях;
e) процедуру контроля на рабочем месте (см. раздел 15).
G.4 Чувствительность к изменению внешних факторов
Приводят следующую информацию:
a) способы внесения поправок в результаты измерений, выполненных в условиях температуры и влажности воздуха, отличающихся от нормальных;
b) перечень элементов средства измерений, удовлетворяющих соответствующим требованиям настоящего стандарта по чувствительности к изменению внешних условий;
c) интервал времени, необходимый для стабилизации работы средства измерений после изменения внешних условий;
d) описание влияния электростатических разрядов на работу средства измерений, указание на возможные ухудшения в работе средства измерений, частичную или полную потерю выполняемых функций в результате воздействия электростатических разрядов. Для средств измерений, требующих от пользователя доступа к некоторым точкам внутри виброметра в целях технического обслуживания, - соответствующие меры предосторожности (при необходимости) для защиты от электростатических разрядов;
e) подтверждение, что средство измерений удовлетворяет основным требованиям настоящего стандарта по устойчивости к воздействию радиочастотного электромагнитного поля и полей сетевой частоты;
f) режим(ы) работы средства измерений и присоединенных устройств, при котором устойчивость к воздействию радиочастотного электромагнитного поля и полей сетевой частоты минимальна;
g) ориентацию средства измерений, при которой его чувствительность к полям на сетевой частоте максимальна;
h) подтверждение соответствия требованиям по излучению в области радиочастот.
G.5 Питание
Приводят следующую информацию:
a) рекомендации по типу используемой батареи с указанием номинальной длительности ее работы в нормальных условиях при полной зарядке (для средства измерений с встроенными батареями питания);
b) описание рекомендуемого метода контроля состояния питания;
c) рекомендуемые способы работы виброметра от внешнего источника питания (если допускается питание от внешних источников);
d) номинальное напряжение сети и частоту переменного тока (для средства измерений, предназначенного для работы от сети переменного тока).
G.6 Преобразователь вибрации
Приводят следующую информацию:
a) зависимость коэффициента преобразования от частоты (либо номинальную для преобразователей данного типа, либо действительную для преобразователя, поставляемого в комплекте);
b) массы преобразователя вибрации и поставляемого в комплекте устройства (устройств) крепления;
c) геометрические размеры преобразователей вибрации и устройств крепления;
d) направления осей чувствительности преобразователя вибрации относительно точки крепления;
e) рабочий диапазон температур и чувствительность к температуре (температурный коэффициент);
f) чувствительность к электромагнитным полям;
g) чувствительность к звуковому давлению;
h) коэффициент поперечного преобразования;
i) максимально допустимое ускорение (при ударном воздействии);
j) резонансную частоту;
k) степень защиты от влаги и пыли.
G.7 Вспомогательные приспособления
Приводят следующую информацию:
a) поправки, которые необходимо внести в результаты измерений в случае использования дополнительных кабелей между акселерометром и другими элементами виброметра;
b) рекомендацию по максимальной длине кабеля между акселерометром и виброметром;
c) диапазон напряжений на электрическом выходе виброметра, внутренний электрический импеданс выходного устройства, рекомендуемый диапазон импедансов нагрузок и пределы допуска для выходного сигнала;
d) рекомендации по использованию виброметра с внешними фильтрами;
e) рекомендации по соединению вспомогательных устройств с виброметром и сведения о влиянии этих устройств на электрические характеристики средства измерений;
f) рекомендуемую длину соединительных кабелей и описание возможных присоединяемых устройств (для средств измерений, допускающих соединение кабелями отдельных элементов или присоединение с их помощью внешних устройств).
G.8 Работа средства измерений
Приводят следующую информацию:
a) время установления режима измерений после включения средства измерений, по истечении которого можно начать проводить измерения, для типичных условий окружающей среды;
b) временной интервал между окончанием измерения и появлением результатов измерения на показывающем устройстве;
c) максимальное и минимальное время интегрирования сигнала (периода измерений);
d) описание способа установки времени интегрирования (периода измерений);
e) описание рекомендуемого метода передачи, или загрузки цифровых данных на внешнее устройство хранения (накопитель), или отображения данных с указанием программного обеспечения и аппаратуры, позволяющих выполнять указанные операции;
f) типичные значения внутреннего шума измерительной цепи, включая преобразователь вибрации, в виде усредненного на заданном интервале времени параметра вибрации для всех частотных коррекций (по крайней мере, для нормальных внешних условий).
G.9 Информация для проведения испытаний средства измерений
Приводят следующую информацию:
a) рекомендации в отношении процедур и методов проведения испытаний, демонстрирующих соответствие требованиям настоящего стандарта или технической документации (для процедур и методов, не рассматриваемых в настоящем стандарте);
b) опорный диапазон измерений и требование к его нижней границе;
c) значение эквивалентного электрического импеданса акселерометра(ов). Рекомендуемые средства для получения входного электрического сигнала, эквивалентного сигналу с акселерометра. Описание устройства формирования электрического сигнала;
d) значение максимального ускорения на входе акселерометра и максимального размаха напряжения входного электрического сигнала;
e) минимальное напряжение питания, позволяющее средству измерений работать в соответствии с требованиями настоящего стандарта;
f) описание ориентации средства измерений при проведении испытаний на воздействие радиочастотных электромагнитных полей;
g) описание режима или режимов работы средства измерений и любых подсоединенных устройств, при которых уровень радиочастотного излучения максимален. Перечень конфигураций средства измерений, для которых уровень радиочастотного излучения будет таким же или меньшим;
h) описание влияния изменения температуры воздуха на коэффициент преобразования измерительной цепи средства измерений.
G.10 Дополнительная информация
В принципе виброметр можно описать как черный ящик с установленными реакциями (или степенями защиты) к определенным внешним воздействиям. Но хорошо составленная техническая документация должна также предоставлять пользователю, а также персоналу, проводящему калибровку и техническое обслуживание, информацию о том, что происходит внутри средства измерений.
Ответы на многие вопросы, возникающие при использовании и обслуживании средства измерений, могут быть получены при наличии общих описаний и диаграмм, показывающих основные функциональные части или блоки средства измерений в целом.
В качестве дополнительной информации рекомендуется также указывать:
a) вид преобразователя вибрации через указание физического принципа его работы;
b) физическую величину, описывающую сигнал с преобразователя вибрации при аналоговой передаче данных по кабелю, или характеристики беспроводной или цифровой передачи данных;
c) последовательность векторного суммирования и расчета среднеквадратичного значения, особенно в случае цифровой обработки сигнала;
d) полосы частот предварительной фильтрации и виды фильтров нижних (для защиты от наложения спектров) и верхних частот;
e) разрядность аналого-цифрового преобразователя и частоту дискретизации сигнала, а в случае последующего сжатия данных (децимации) - разрядность слова и частоту дискретизации после сжатия перед основными преобразованиями;
f) способ обработки сигнала при реализации полосовой фильтрации и частотной коррекции, например:
1) непосредственное преобразование сигнала аналоговыми фильтрами,
2) непосредственное преобразование сигнала цифровыми рекурсивными фильтрами (с бесконечной импульсной характеристикой),
3) непосредственное преобразование сигнала цифровыми трансверсальными фильтрами (с конечной импульсной характеристикой),
4) спектральный анализ в полосах частот постоянной относительной ширины (с указанием типа полосового фильтра и его ширины в виде доли октавы);
5) спектральный анализ с использованием быстрого или дискретного преобразования Фурье (с указанием используемых временных окон, просачивания спектральных составляющих, спектрального разрешения и числа линий в спектре) с последующим:
- обратным преобразованием во временной сигнал после применения частотной коррекции (к амплитудам и фазам спектральных составляющих) или
- суммированием по мощности по всему диапазону частот после применения частотной коррекции (только в отношении амплитуд спектральных составляющих).
(обязательное)
H.1 Общая информация
Требования к точности воспроизведения заданной фазочастотной (фазовой) характеристики устанавливают при измерении таких параметров вибрации, как пиковое значение, доза вибрации и максимальное кратковременное среднеквадратичное значение, которые чувствительны к погрешности преобразования фазы сигнала. В настоящем приложении рассмотрены проблемы, которые могут возникнуть из-за отклонений номинальной фазочастотной характеристики средства измерений от заданной при измерении вышеуказанных параметров, а также установлены методы испытаний для оценки этих отклонений.
Примечание - В 5.9 установлены требования к результатам измерений пиковых значений и других параметров вибрации в ответ на последовательность сигнальных посылок с пилообразным заполнением импульса. Данные измерения чувствительны к отклонениям в фазочастотной характеристике функции частотной коррекции, поскольку сигнальная посылка сформирована таким образом, что содержит несколько гармонических составляющих. Это тем не менее не обеспечивает проверки фазочастотной характеристики во всем диапазоне частот.
Если измерительная цепь виброметра, включая преобразователь вибрации, построена таким образом, чтобы соответствовать комплексной функции частотной коррекции, определенной в 5.6, то вероятность появления значительных погрешностей, связанных с отклонением действительной фазовой характеристики, относительно невелика. Для частотной коррекции, реализованной посредством простых аналоговых фильтров, правильные фазовые соотношения обеспечиваются автоматически.
Если средство измерений осуществляет цифровое преобразование сигнала, требуемая точность реализации фазовой характеристики может быть обеспечена применением рекурсивных цифровых фильтров при достаточно высокой частоте выборки. Однако для средств измерений, использующих нерекурсивные (трансверсальные) цифровые фильтры (например, фильтр с нулевым фазовым сдвигом) или осуществляющих частотную коррекцию сигнала посредством частотного анализа (с использованием полосовых фильтров или различных реализаций преобразований Фурье), ошибки в измерении чувствительных к погрешности преобразования фазы параметров сигнала могут быть весьма значительны.
H.2 Определение и оценка фазочастотной характеристики
Измерительная цепь средства измерений должна быть реализована таким образом, чтобы удовлетворять формулам (1) - (5). При этом фазовая характеристика определяется формулой
, (H.1)где H(s) - передаточная функция по формуле (5).
Действительную фазовую характеристику измерительной цепи необходимо сравнить с номинальной (нормативной). Однако погрешности измерений, связанные с отклонением фазовой характеристики, не имеют простой связи с разностью этих фазовых характеристик. Большое значение имеет то, как эта разность изменяется с изменением частоты. В связи с этим используют такой параметр, как характеристическая фазовая девиация
где f - частота;
- первая производная отклонения фазовой характеристики по частоте (наклон кривой отклонения фазовой характеристики).Введение нового параметра объясняется тем, что, если бы допуск был задан на фазовую погрешность
Примечание 1 - Если бы допуск был задан на отклонения фазовой характеристики, то при его постоянстве для всего диапазона частот группового времени задержки (т.е. когда отклонение фазовой характеристики пропорционально частоте), этот допуск с большой вероятностью будет превышен, в то время как значения измеряемых параметров вибрации и характеристическая фазовая девиация остаются неизменными. И наоборот, если групповое время задержки зависит от частоты, это может существенно повлиять на точность измерения таких параметров вибрации, как пиковое ускорение, даже если отклонения фазовой характеристики останутся в пределах допуска.
Для практических целей достаточно определить
для отдельных частот fn с шагом, предпочтительно, треть октавы. При этом формула (H.2) может быть заменена следующим приближенным равенством [см. также формулу (6)]: . (H.3)Данная формула позволяет вычислять характеристическую фазовую девиацию
для всех частот fn, за исключением наивысшей.Допуски на характеристическую фазовую девиацию заданы в таблице 5 и табулированы в таблицах B.1 - B.9.
Вероятная максимальная погрешность измерения пикового значения
Для максимально допустимого значения характеристической фазовой девиации 12° максимальная погрешность измерения пикового значения составит приблизительно 10%.
Примечание 2 - Формула (H.4) получена расчетным путем и применима только к малым значениям
В настоящем приложении установлены два метода, которые позволяют проверить соответствие характеристической фазовой девиации заданным требованиям: прямой и косвенный. Первый метод предполагает доступность сигнала после выполненной частотной коррекции (в аналоговой цифровой форме) непосредственно перед его преобразованием для получения измеряемого параметра вибрации, что исключает дополнительные фазовые искажения. Если же указанный сигнал недоступен, то рекомендуется обратиться к косвенному методу с использованием двухтонового сигнала.
H.2.2 Прямой метод
Если доступен сигнал после выполненной частотной коррекции (в аналоговой или цифровой форме) непосредственно перед его преобразованием для получения измеряемой величины (так что последующих фазовых искажений не ожидается), то испытания частотной характеристики средства измерений могут быть проведены методом сравнения по ГОСТ ISO 16063-21 с использованием эталонного преобразователя с известной (по результатам калибровки) действительной фазовой характеристикой. Фазовая характеристика эталонного преобразователя, в свою очередь, может быть определена в соответствии с ГОСТ ISO 16063-11 (метод лазерной интерферометрии) или ГОСТ ISO 16063-12 (метод на основе принципа взаимности).
H.2.3 Косвенный метод
H.2.3.1 Условия применения метода
Данный метод, использующий в качестве тестового сигнала сочетание двух синусоид (двухтоновый сигнал), рекомендуется применять, если средство измерений предназначено для определения пиковых значений вибрации, а сигнал после выполнения процедуры частотной коррекции недоступен.
H.2.3.2 Принцип испытаний с использованием двухтонового тестового сигнала
Двухтоновую вибрацию с параметрами ffu, rfu,
При варьировании начальной фазы гармоники
, когда "горбы" основного тона и гармоники находятся в противофазе. Эту точку следует найти, используя фазосдвигающее устройство и наблюдая измеренное пиковое значение на показывающем устройстве.Вблизи этого минимума погрешность определения пикового значения вследствие отклонения фазовой характеристики максимальна и достигает 1,75%/°. Пиковое значение в точке минимума равно 0,943rfu.
На рисунке H.1 показаны формы сигналов при
и , а на рисунке H.2 приведен график зависимости пикового значения от .![]() X - фаза основного тона, град; Y - значение сигнала;
1 - основной тон; 2 - гармоника (начальная фаза
сдвинута на 15°); 3 - результирующий сигнал
![]() X - фазовый сдвиг гармоники, град; Y - фазовый сдвиг
гармоники; 1 - пиковое значение, м/с2; 2 - доза
вибрации, м/с1,75; 3 - среднеквадратичное значение, м/с2
и среднеквадратичного значения от фазового сдвига гармоники
Метод дает также выражение для диапазона изменений погрешности измерения пикового значения вибрации вследствие отклонения фазовой характеристики измерительной цепи для данного тестового сигнала. В случае произвольного тестового сигнала указанная погрешность может быть меньше (те же две синусоиды, но с другим соотношением амплитуд и частот) или больше (сигнал с крутым фронтом или кратковременный импульс).
H.2.3.3 Испытательное оборудование
Большая часть оборудования, необходимая для проведения испытания с воспроизведением двухтоновой вибрации, - та же, что используют для калибровки частотной характеристики измерительной цепи. В состав испытательного оборудования входят:
a) генератор гармоник (или двухтоновый генератор) с регулируемым соотношением параметров гармоник [по крайней мере, обеспечивающий воспроизведение сигнала основной частоты и его третью гармонику)] или генератор синусоидального сигнала в сочетании с умножителем (делителем) частоты;
b) если генератор не обеспечивает настройку амплитуд и начальных фаз гармоник, то в состав испытательного оборудования дополнительно включают:
- два усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления,
- фазовращатель (фазосдвигающий мост, линию задержки);
c) устройство суммирования (суммирующий усилитель), если оно не является составной частью другого используемого в испытаниях оборудования;
d) вибростенд с усилителем мощности;
e) эталонный акселерометр с полученными в результате калибровки действительными характеристиками (амплитудной и фазовой);
f) фазометр, позволяющий измерять сдвиг фаз между гармониками;
g) испытуемое средство измерений.
Дополнительно рекомендуется использовать:
h) БПФ-анализатор;
i) осциллограф.
Блок-схема испытательной установки показана на рисунке H.3.
![]() 1 - двухканальный генератор сигналов с контролируемым
сдвигом фаз; 2 - усилитель с регулируемым коэффициентом
усиления; 3 - фазовращатель; 4 - фазометр; 5 - сумматор
с усилителем мощности; 6 - преобразователь вибрации;
7 - эталонный акселерометр; 8 - вибростенд; 9 - виброметр
Для автоматизации процедуры испытаний рекомендуется применять управление испытательным оборудованием от персонального компьютера.
H.2.3.4 Метод испытаний
Виброметр устанавливают в режим измерений пикового значения корректированного ускорения, после чего выполняют следующую последовательность операций:
a) регулируют частоты сигналов, воспроизводимые генератором, таким образом, чтобы они находились в средней части диапазона частот измерений параметра вибрации (например, для измерений общей вибрации устанавливают ffu = 9 Гц, fha = 27 Гц);
b) при включенном канале основной частоты Sfu и отключенном канале гармоники Sha регулируют коэффициент усиления усилителя Afu таким образом, чтобы результат измерения пикового значения apeak,fu находился в районе приблизительно 60% диапазона шкалы средства измерений. Считывают показание фазометра (значение
c) при отключенном канале основной частоты Sfu и включенном канале гармоники Sha регулируют коэффициент усиления усилителя Aha таким образом, чтобы измеренное средством измерений пиковое значение составляло одну треть измеренного значения apeak,fu, т.е. apeak,ha = apeak,fu/3. Настраивают фазовращатель таким образом, чтобы показания фазометра оставались такими же, как и в шаге по перечислению b), с коррекцией на время задержки сигнала от эталонного акселерометра. Тогда фазометр будет показывать величину, определяемую по формуле
,где
fha/ffu - коэффициент преобразования
Такая регулировка позволит обеспечивать равенство начальных фаз основного сигнала и его гармоники при их совместном воспроизведении на вибростоле.
Предполагается, что фазовый сдвиг привязан к фазе основного тона. Поэтому значение
Фазовращатель может влиять на амплитуду сигнала и, наоборот, амплитуда сигнала может влиять на значение сдвига. Поэтому следует убедиться в наличии или отсутствии такого влияния и, при необходимости, выполнить соответствующую регулировку. Небольшие изменения амплитуды не будут оказывать существенных влияний на измерения фазы;
d) при включенных каналах Sfu и Sha настраивают фазовращатель таким образом, чтобы показываемое средством измерений пиковое значение ускорения было минимальным.
Это означает, что сигнал основной частоты и его третья гармоника поступили на устройство измерения пикового значения ускорения с равными начальными фазами.
Для проверки этого условия следует считать полученное пиковое значение, которое должно быть равно 0,943rfu. Изменяя настройку фазовращателя, получают максимальное пиковое значение, равное 1,333rfu, на показывающем устройстве. После этого возвращают фазовращатель в состояние, при котором показываемое пиковое значение минимально;
e) при выключенном канале Sfu и включенном канале Sha считывают на фазометре значение
,После этого рассчитывают значение
.Эта величина равна разности запаздываний по фазе, вносимых измерительной цепью, на частотах ffu и fha;
f) повторяют шаги по перечислениям b) - e), увеличивая (уменьшая) значения частоты основного тона и гармоники в три раза до тех пор, пока не будет пройден весь частотный диапазон, установленный настоящим стандартом (например, для измерений общей вибрации пары частот основного тона и гармоники будут иметь вид: 1 и 3 Гц; 3 и 9 Гц; 9 и 27 Гц; 27 и 81 Гц);
g) строят последовательность, в которой первый член будет представлять собой значение
h) чтобы получить значения зависимости на промежуточных частотах, изменяют значения частот на коэффициент 30,2 (соответствует 95% трети октавы) вверх или вниз и повторяют шаги по перечислениям b) - e);
i) повторяют шаг по перечислению h) четыре раза, каждый раз получая новую последовательность выборочных значений. Объединяют все пять последовательностей выборочных значений в одну общую последовательность. При этом значения аргументов (частот) будут равноудалены друг от друга на логарифмической шкале. Соответствующие задержки по фазе, отложенные по оси ординат (также в логарифмическом масштабе), будут осциллировать относительно некоторой гладкой кривой, что обусловлено разными значениями неизвестного запаздывания по фазе для основного тона низшей частоты для каждой из пяти последовательностей;
j) сглаживают полученные выборочные значения непрерывной кривой, зафиксировав первую точку сформированной общей последовательности [значение запаздывания по фазе для основного тона низшей частоты первой последовательности, полученной в результате выполнения шага по перечислению f)] и подбирая соответствующим образом значения запаздывания по фазе для основных тонов низшей частоты других четырех последовательностей [полученных в результате выполнения шага по перечислению h)], например с помощью рекуррентной процедуры или графическим методом. Тогда экспериментально полученная зависимость запаздывания по фазе от частоты будет определена с точностью до некоторого постоянного слагаемого;
k) исходя из фазовой характеристики для данной функции частотной коррекции, установленной настоящим стандартом, рассчитывают зависимость запаздывания по фазе от частоты. Для этого значения фазы, определенные в соответствующей таблице (B.1 - B.9), надо уменьшить на 180°, разделить на 360° и затем разделить на значение частоты в герцах. Вычитание фазового угла 180° (инверсия частот сигнала) представляет собой приведение к основной ветви функции арктангенса (в таблицах B.1 - B.9 и в соответствующих им рисунках зависимости фазы функции частотной коррекции от частоты этот угол, наоборот, добавлен) и необходимо для того, чтобы значения запаздывания по фазе от частоты лежали в положительной области.
Примечание - Сдвиг всех частотных составляющих на 180° оставляет форму сигнала неизменной, но существенно изменяет значение характеристической фазовой девиации
l) подгоняют экспериментальную зависимость под теоретическую, полученную на шаге по перечислению k), соответствующим выбором постоянной составляющей. Обычно это не составляет труда, поскольку типичная фазовая характеристика, приведенная к логарифмическому масштабу по обеим осям, близка к линейной в широком диапазоне частот. Это справедливо для всех функций частотной коррекции, рассматриваемых настоящим стандартом;
m) преобразовывают полученную после выполнения шага по перечислению l) экспериментальную зависимость запаздывания по фазе обратно в фазовую область, умножая сначала на 360°, а потом на значение частоты, что дает в результате оценку фазовой характеристики данной измерительной цепи средства измерений;
n) по результатам шага по перечислению m) рассчитывают характеристическую фазовую девиацию
(справочное)
И МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫХ СТАНДАРТОВ МЕЖДУНАРОДНЫМ
СТАНДАРТАМ, ИСПОЛЬЗОВАННЫМ В КАЧЕСТВЕ ССЫЛОЧНЫХ
В ПРИМЕНЕННОМ МЕЖДУНАРОДНОМ СТАНДАРТЕ
Таблица ДА.1
(справочное)
ИЗМЕРЕНИЯ (ИСКЛЮЧЕННОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ I <1> ПРИМЕНЕННОГО
МЕЖДУНАРОДНОГО СТАНДАРТА)
--------------------------------
<1> Для удобства пользования в настоящем приложении сохранена оригинальная нумерация разделов, пунктов, формул и таблиц примененного международного стандарта ИСО 8041-1:2017.
I.1 Общие положения
Настоящее приложение содержит руководство, в соответствии с которым может быть оценена инструментальная составляющая неопределенности при измерении вибрации, воздействующей на человека, с помощью виброметра. Данное руководство применимо только в тех случаях, когда виброметр удовлетворяет соответствующим требованиям настоящего стандарта. Дополнительная информация, необходимая для оценки инструментальной неопределенности измерения, может быть получена из инструкций изготовителя, паспорта виброметра, сертификатов калибровки или на основе опыта или эксперимента (см. [9]).
Неопределенность измерения действительных метрологических характеристик средства измерений (калибровки) также вносит вклад в инструментальную неопределенность. В настоящем приложении предполагается, что неопределенность измерения, приведенная в сертификате калибровки, представляет собой расширенную неопределенность при коэффициенте охвата k = 2.
После проведения калибровки или регулировки виброметр может показывать результат измерения параметра вибрации опорного сигнала с погрешностью до 5% (см. таблицу 2). Согласно ГОСТ 34100.3 данная систематическая погрешность требует внесения поправки в результат измерений или должна быть учтена иным образом. Поскольку на практике непосредственно корректировать результат измерений вибрации затруднительно, в настоящем приложении систематическая погрешность рассматривается как дополнительный источник неопределенности (влияющая величина).
Каждая величина, влияющая на результат измерения, требует, чтобы ей в соответствие была поставлена случайная переменная с соответствующим законом распределения. Для влияющей величины, имеющей некоторый разброс относительно одного из значений, применяют нормальное (гауссово) распределение. Если известно, что случайная величина ограничена некоторыми предельными значениями, то ей приписывают равномерное распределение в этих пределах.
Показываемое виброметром значение параметра вибрации, текущее или усредненное на интервале времени, рассматривается как предмет влияния каждой влияющей величины.
Если измерительная задача требует суммирования вибрации по нескольким измерительным каналам, например в виде полной вибрации, то неопределенности измерений по отдельным каналам также должны быть преобразованы согласно формуле суммирования с учетом соответствующих коэффициентов для разных направлений вибрации.
I.2 Составляющие инструментальной неопределенности
I.2.1 Общие положения
Подлежащая оцениванию неопределенность измерения U представляет собой совокупность неопределенностей ui влияющих величин, включая систематическую погрешность es.
Приводимый ниже перечень влияющих величин следует рассматривать как ориентировочный. Пользователь настоящего руководства должен самостоятельно решить, какие влияющие величины следует принять во внимание, т.е. какие из этих величин вносят существенный вклад в общую инструментальную неопределенность (см. пример в I.3.2). Исключение из рассмотрения существенной влияющей величины приведет к заниженной оценке инструментальной неопределенности.
Поскольку влияние на результат измерения той или иной величины может зависеть от частоты вибрации, целесообразно разделить общий диапазон измерений на поддиапазоны и для каждого из них оценивать инструментальную неопределенность по отдельности.
При калибровке виброметра одновременно осуществляют его настройку, изменяя коэффициент преобразования на частоте опорного сигнала Sref таким образом, чтобы отклонение показываемого виброметром значения от параметра вибрации опорного сигнала (см. таблицу 1) составляло 0%. Однако на практике обычно остается ненулевая систематическая погрешность показаний на опорной частоте es, которой приписывают нормальное распределение и включают в расчет общей неопределенности измерения [см. формулу (I.8)].
Считая коэффициент охвата k = 2, стандартное отклонение случайной величины, описывающей систематическую погрешность es, принимают равным половине расширенной неопределенности, указанной для Sref в сертификате калибровки. При отсутствии данной информации используют максимальное значение из таблицы 2.
Примечание - Неопределенность, связанная с Sref, включает в себя также неопределенность измерения электрического напряжения.
I.2.3 Погрешность показания в пределах диапазона частот измерений KF
После калибровки на частоте опорного сигнала определяют действительную функцию частотной коррекции средства измерений во всем диапазоне рабочих частот от нижней границы f1 до верхней границы fu. Неидеальность частотной характеристики (коэффициента преобразования) акселерометра, электронных устройств на пути передачи сигнала, полосового и весовых фильтров приводит к появлению дополнительной частотно-зависимой случайной погрешности, которую нельзя устранить введением поправки в результат измерения. При расчете вклада неопределенности KF, связанной с частотной характеристикой средства измерений, влияющую величину рассматривают как относительное частотно-зависимое отклонение от номинального значения частотной характеристики на данной частоте. Этот вклад состоит из двух составляющих - частотно-зависимой случайной погрешности и неопределенности калибровки показания виброметра в рабочем диапазоне частот.
Рекомендуется разделить рабочий диапазон измерений на поддиапазоны, например низкочастотный, среднечастотный и высокочастотный. В каждом из поддиапазонов случайная относительная погрешность предполагается распределенной по равномерному закону между нулем и максимальным значением относительного отклонения частотной характеристики erel,max. Соответственно стандартная неопределенность urel данной величины будет равна
.Стандартное отклонение udisplay случайной величины, описывающей неопределенность калибровки показания виброметра в рабочем диапазоне частот, принимают равным половине расширенной неопределенности, указанной в сертификате калибровки. При отсутствии данной информации используют максимальное значение из таблицы 2.
Указанные составляющие формируют общую погрешность показания в диапазоне частот измерений, стандартную неопределенность которой u(KF) рассчитывают по формуле
I.2.4 Погрешность вследствие нелинейности преобразования вибрации KL
Погрешность, обусловленная непропорциональностью преобразования вибрации измерительной цепью виброметра, объединяет в себе две составляющие, каждой из которых приписано равномерное распределение. Первая составляющая обусловлена зависимостью коэффициента преобразования измерительной цепи от значения параметра вибрации, вторая представляет собой влияние неидеальной работы электронных элементов цепи, включая дискретность аналого-цифрового преобразования.
Соответствующую стандартную неопределенность для первой составляющей u1 рассчитывают по формуле
где aFSO - максимальное ускорение, воспринимаемое и передаваемое акселерометром;
kL - отклонение от линейности, обычно определяемое из паспорта на виброметр в виде процентного отношения к максимальному значению шкалы;
b - ширина интервала изменения ускорения.
Согласно 5.7 отклонение от линейности должно быть определено в динамическом диапазоне не менее 40 дБ. Исходя из этого и принимая во внимание значение aref опорного сигнала вибрации, можно оценить верхнюю b+ и нижнюю b- границы интервала изменения ускорения:
Стандартную неопределенность для второй составляющей u2 определяют аналогичным образом. Если изготовителем виброметра никакой информации об этой составляющей не представлено, то исходя из опыта принимают u2 = 0,0025.
Суммарную стандартную неопределенность u(KL), связанную с нелинейностью преобразования вибрации, рассчитывают по формуле
I.2.5 Влияние вибрации в поперечном направлении KC
Информацию о коэффициенте поперечного преобразования q, %, можно получить из паспорта на преобразователь вибрации.
На практике следует предположить, что уровень вибрации в поперечном направлении находится в диапазоне от нуля до максимального из тех, что может быть измерен с применением трехкоординатного преобразователя вибрации. Для расчета неопределенности, связанной с вибрацией в поперечном направлении, принято, что ускорение atransverse составляет 50% измеряемого ускорения anormal. Данную неопределенность описывают случайной величиной с равномерным распределением.
Стандартную неопределенность u(KC), связанную с вибрацией в поперечном направлении, рассчитывают по формуле
I.2.6 Влияние собственного шума измерительной цепи KH
Собственный электрический шум измерительной цепи может быть измерен в условиях, когда вибрационное воздействие на преобразователь вибрации практически отсутствует. Соответствующей случайной величине приписывают равномерное распределение. Из результатов экспериментов следует, что вклад данной влияющей величины в суммарную инструментальную неопределенность измерения составляет около 0,1%.
I.2.7 Влияние температуры окружающего воздуха KT
Согласно 7.2 применение виброметра для измерений вибрации, воздействующей на человека, допускается в диапазоне температур от минус 10 °C до 50 °C. При таком широком разбросе возможных значений температуры окружающего воздуха связанная с ним составляющая неопределенности может быть весьма велика. Поэтому рекомендуется выполнять оценку неопределенности для разных условий применения: стандартных (23 +/- 10) °C (которые наблюдаются, например, в условиях лаборатории) и экстремальных (23 +/- 30) °C (которые могут наблюдаться, например, при измерении вибрации на рабочем месте). Практический опыт показывает, что изменение температуры оказывает влияние только на работу преобразователя вибрации, в то время как его влияние на работу электронных устройств виброметра незначительно.
Изготовители указывают, как характеристики акселерометра изменяются с изменением температуры воздуха, либо графически, либо в табличном виде. Эту информацию следует преобразовать с учетом знака таким образом, чтобы получить значение температурного коэффициента KT, %/К. Для соответствующей случайной переменной принимают равномерное распределение на интервале разброса температур относительно нормального значения 23 °C, полуширина которого равна
Стандартную неопределенность u(KT), связанную с влиянием температуры окружающего воздуха, рассчитывают по формуле
I.2.8 Влияние магнитного поля сетевой частоты KM
Если виброметр применяют в условиях действия сильного переменного магнитного поля, то такое поле может вызвать появление дополнительного сигнала на выходе преобразователя вибрации. Для расчета неопределенности, связанной с воздействием магнитного поля с индукцией B, необходима информация о чувствительности коэффициента преобразования акселерометра к магнитному полю KM, %/мТл, которую можно найти в паспорте на акселерометр. Для соответствующей случайной переменной принимают равномерное распределение на интервале шириной B.
Стандартную неопределенность u(KM), связанную с влиянием магнитного поля, рассчитывают по формуле
Опыт показывает, что из всех элементов измерительной цепи следует принимать во внимание только изменение со временем характеристик акселерометра (характеристики электронных устройств со временем изменяются незначительно). Соответствующей случайной величине приписывают равномерное распределение на интервале, полуширина которого I равна межповерочному (межкалибровочному) интервалу (например, I = 2 года). Стабильность характеристик акселерометра описывается относительным изменением коэффициента преобразования SST, %/год.
Стандартную неопределенность u(SST), связанную с нестабильностью характеристик акселерометра, рассчитывают по формуле
I.3 Расчет инструментальной неопределенности измерения
I.3.1 Общие положения
Инструментальную неопределенность измерения определяют через расширенную неопределенность U, которую рассчитывают на основе стандартных неопределенностей входных (влияющих) величин ui и систематической погрешности es по формуле
где k - коэффициент охвата, который обычно принимают равным двум.
Предполагается, что влияющие величины, вносящие вклад в инструментальную неопределенность (см. I.2.2 - I.2.9), идентифицированы и количественно определены (см. таблицу I.2). Данные таблицы I.2 основаны на следующих сведениях и допущениях.
Систематическая погрешность eS показания виброметра на частоте опорного сигнала 79,58 Гц равна половине неопределенности регулировки коэффициента преобразования на этой частоте и взята из сертификата калибровки, где для нее приведено значение 0,5% при коэффициенте охвата k = 2.
Стандартная неопределенность u(KF) для частотной характеристики в пределах рабочего диапазона измерений виброметра приведена для трех частотных поддиапазонов. При калибровке получены следующие данные для отклонения действительной частотной характеристики (после ее подстройки на частоте опорного сигнала 79,58 Гц) от номинальной функции частотной коррекции для ряда частот: erel,8Гц = -8,5%; erel,10Гц = -4,4%; erel,16Гц = -0,6%; erel,31,5Гц = -0,2%; erel,80Гц = 0%; erel,125Гц = 0,1%; erel,251Гц = 0,1%; erel,500Гц = 0,1%; erel,603Гц = 0,1%; erel,800Гц = 0,2%; erel,1КГц = 0,3%; erel,1,6кГц = 4,5%; erel,2кГц = 8,5%.
Полученные данные позволяют разбить рабочий диапазон на три поддиапазона, в пределах каждого из которых отклонения будут одного порядка (см. таблицу I.1).
Таблица I.1
по трем поддиапазонам
Кроме того, в сертификате калибровки приведены следующие расширенные неопределенности (k = 2), связанные с показаниями виброметра в указанных поддиапазонах частот:
Стандартные неопределенности udisplay для этих поддиапазонов равны половине указанных значений.
Стандартную неопределенность u(KF), связанную с отклонением действительной частотной характеристики от номинальной, рассчитывают по формуле (I.1) для каждого из трех поддиапазонов отдельно.
Из паспорта на акселерометр следует, что в диапазоне измерений локальной вибрации значение KL составляет 1% при максимальном значении шкалы 50 м/с2. Соответствующую стандартную неопределенность u1 рассчитывают по формуле (I.2).
Составляющая, обусловленная неидеальностью преобразования электронными устройствами виброметра, оценена как u2 = 0,0025. Ее суммируют со стандартной неопределенностью u1 по формуле (I.3) для получения стандартной неопределенности u(KL), связанной с нелинейностью преобразования средством измерений сигнала вибрации.
Коэффициент преобразования вибрации в поперечном направлении q = 3%, а уровень вибрации в поперечном направлении принят равным 50% уровня вибрации в направлении измерений. Стандартную неопределенность u(KC), связанную с влиянием вибрации в поперечном направлении, рассчитывают по формуле (I.4).
В отношении собственного электрического шума измерительной цепи на основе эмпирических данных сделано предположение, что он составляет 0,1%.
Температурный коэффициент акселерометра KT = 0,025%/К. Расчет сделан для двух температурных диапазонов применения средства измерений: "обычного" (23 +/- 10) °C и "экстремального" (23 +/- 30) °C. Соответственно по формуле (I.5) определены две стандартные неопределенности u(KT), связанные с влиянием температуры окружающего воздуха.
Чувствительность акселерометра к магнитному полю KM = 0,1%/мТл, а индукция магнитного поля B принята равной 10 мТл. Стандартная неопределенность u(KM), связанная с влиянием магнитного поля, рассчитана по формуле (I.6).
Изменение коэффициента преобразования акселерометра со временем составляет 0,05%/год при межкалибровочном интервале 2 года. Стандартная неопределенность u(SST), связанная с нестабильностью характеристик акселерометра, рассчитана по формуле (I.7).
Данные, сведенные в таблицу I.2, могут быть использованы для расчета инструментальной неопределенности для разных диапазонов измерений по частоте и температуре. Далее предполагается, что в нормальных условиях измерений вибрации в поперечном направлении и магнитные поля отсутствуют (соответствующие вклады ui = 0). Полученные при таких предположениях по формуле (I.8) значения расширенной неопределенности U при k = 2 приведены в таблице I.3.
Таблица I.2
Таблица I.3
Вернуться в "Каталог нормативных документов"
Источник информации: https://internet-law.ru/documents/prod/gost-r_gosudarstvennyj-standart/21/gost_99164.html
На правах рекламы:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||