Образцовые стенды для поверки и метрологической аттестации технических средств измерений, используемых в физической культуре и спорте.

Для осуществления метрологической аттестации и поверки технических средств измерений, используемых в процессе комплексного контроля, применяются специальные образцовые стенды по видам измерений. Приводим данные об образцовых стендах, разработанных во ВНИИФКе.

Стенд для поверки и метрологической аттестации технических средств измерения силы, развиваемой спортсменом (ТСИС).

Проведение поверки. Вначале прибор подвергается внешнему осмотру. Он не должен иметь механических повреждений, влияющих на его работу. Все органы управления и регулировки должны быть закреплены прочно и без перекосов, действовать плавно, без «заеданий» и обеспечивать надежность фиксации. Прибор должен быть полностью укомплектован и снабжен техническим описанием.

После включения питания проверяется работоспособность прибора (согласно инструкции). Действие ручек прибора должно обеспечивать управление электрическими параметрами прибора и соответствовать надписям на его лицевой панели. Если перечисленные выше требования не выполнены, прибор к поверке не принимается.

Поверка должна проводиться в помещении с температурой 20 ± 5°С при напряжении питания 220 В ±(5-10%) переменного тока частотой 50 гц. Поверка или метрологическая аттестация прибора проводится только при установке и закреплении его в реальных условиях эксперимента (измерений).

Определение статических характеристик ТСИС. Поверка величины дрейфа (временного и температурного) нуля.Для этого поверяемое ТСИС включается по схеме (Рис. 7).

Рис.7. Блок-схема для поверки и тарировки ТСИС в статическом режиме.

Далее производится прогрев всей системы в течение 30 мин. После этого осуществляется балансировка усилителя.

Измерение временного дрейфа нуля по каждой компоненте (х, у, z) производится в течение 5 часов с интервалом в 5 мин с помощью цифрового вольтметра В7-21. Температурный дрейф нуля измеряется по каждой компоненте в интервале температур от 15 до 30°С с дискретностью в 1°.

Поверка статической (градуировочной) характеристики Uвых =f (Рнагр) проводится в диапазоне нагрузки от 0 до 10000 Н (1000 кгс) с дискретностью 50 Н, действующих в вертикальной плоскости ( Z ); в диапазоне от 0 до 5000 Н (500 кгс) для нагрузок в горизонтальной (у) и поперечной (х) плоскостях. Все результаты измерений заносятся в соответствующие протоколы.

Поверка статической характеристики производится путем измерения с помощью поверяемого ТСИС калиброванного усилия, создаваемого с помощью механического стенда для создания статических нагрузок. Общий вид стенда показан на рисунке 8.

Рис.8. Общий вид стенда для поверки и метрологической аттестации ТСИС, развиваемой спортсменом:

1— механическое приспособление для закрепления и статического нагружения в вертикальной плоскости тензодинамографической платформы;

2— поверяемая платформа;

3— образцовый динамометр ДОУ-1.

При определение погрешности, обусловленной изменением места приложения силы (нагрузки), с помощью механического стенда создается калиброванная статическая нагрузка в 2000 Н (200кгс) поочередно в основных точках платформы, представленных на рисунке 9.

Определяя погрешность от взаимовлияний каналов измерения (х, у, z) с помощью механического стенда и образцового динамометра ДОУ-1, производят трехкратное последовательное нагружение-разгружение платформы по осям х, у, z . При этом при нагружении по оси х измеряются сигналы на выходе каналов х, у, z, при нагружении по оси у—сигналы на выходе у, х, z и т. д. Все результаты заносятся в протоколы.

Определение погрешности за счет гистерезиса (в трех плоскостях) осуществляется последовательным нагружением и разгружением платформы через каждые 1000 Н (100 кгс).

Для уменьшения методической погрешности операции измерений выполняются по три раза, а полученные при этом результаты усредняются. Величина погрешности за счет гистерезиса—это приведенное к номинальному сигналу максимальное расстояние между кривой нагружения и кривой разгружения.

Чтобы провести поверку ТСИС в динамическом режиме, собирается ниже приведенная схема (Рис.10).

Рис.10. Блок-схема образцового метрологического стенда для поверки ТСИС в динамическом режиме.

При определении амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ТСИС в заданном диапазоне частот к его рабочей поверхности (в трех плоскостях) прикладываются гармонические синусоидальные механические возмущения в

диапазоне частот от 0 до 1000 гц (с помощью образцового вибростенда ВЭДС-10А). При этом снимаются два выходных сигнала: один — с образцового акселерометра, установленного на вибростоле; второй—с выхода тензоусилителя поверяемой платформы. Далее эти сигналы измеряются с помощью вольтметров амплитудных значений В7-2 и подаются на экран электронного двухлучевого осциллографа С8-11.

Методом прямого сличения двух вольтметров В7-2 определяется амплитудная погрешность. Фазовая же погрешность определяется непосредственно на экране осциллографа как фазовый сдвиг между сигналами, снимаемыми с образцового акселерометра и поверяемого ТСИС.

При определении собственной частоты колебаний рабочей поверхности тензоплатформы (Wo) при импульсном механическом нагружении, импульсное нагружение ТСИС типа „единичного скачка" создается с помощью бросания стального шарика определенной массы (100 г) с определенной высоты (1 м) на рабочую поверхность ТСИС (в трех плоскостях).

Выходной сигнал поверяемого ТСИС регистрируется на шлейфном осциллографе. Далее по полученной осциллограмме определяют частоту собственных колебаний рабочей поверхности тензоплатформы (Wо). Для повышения точности измерения следует измерять не менее 10 последних периодов затухающих колебаний платформы с вычислением среднего значения периода.

При метрологической аттестации нестандартных ТСИС различных конструкций и назначения (тензоколодок, тензоколец, тензостелек, тензоснарядов и др.) измерению подлежат характеристики, указанные выше. При этом учитывается конкретное конструктивное исполнение ТСИС и его целевое назначение.

Оформление результатов поверки и метрологической аттестации ТСИС. Форма записи протоколов (таблиц) поверки может быть произвольной, но они обязательно должны содержать: результат первичных измерений (отсчеты по поверяемым ТСИС и приборам, с помощью которых проводится аттестация); цифровые значения погрешностей, вычисленных по результатам первичных измерений; перечень образцовых и вспомогательных приборов, с помощью которых проводилась поверка или аттестация.

ТСИС, прошедшие поверку или метрологическую аттестацию и удовлетворяющие заданным требованиям, признаются годными к применению. На них выдаются свидетельства установленной формы.

На ТСИС, признанные негодными к применению, выдается справка о непригодности с указанием причин.

Стенд для поверки и метрологической аттестации динамометров. Этот стенд предназначен для поверки и метрологической аттестации динамометров не выше 3-го разряда, работающих на растяжение. Общий вид двух модификаций стенда показан на рисунках 11, 12.

Общий вид стенда для поверки динамометров

(первая модификация) вторая модификация

Рис. 11. Рис. 12.

1-образцовый динамометр;

1 – станина;

2 – поверяемый динамометр; 2- поверяемый динамометр;

3 – цифровой вольтметр; 3 – образцовый динамометр.

4 – тензоусилитель;

5 – механическое приспособление для закрепления и нагружения поверяемого динамометра.

При проведении поверки должны выполняться следующие операции: внешний осмотр; проверка работоспособности и взаимодействия частей динамометра; поверка правильности показаний динамометра.

Установка для поверки и градуировки динамометров включает в себя механическое приспособление для закрепления и нагружения поверяемого динамометра и образцовый динамометр 3-го разряда типа ДОУ-1 или тензокольцо, а также цифровой вольтметр.

При внешнем осмотре динамометров, находящихся в эксплуатации, проверяют соответствие нанесенных на динамометре обозначений указанным в выпускном аттестате, а именно: товарного знака, обозначения динамометра, номера стандарта, предельной нагрузки, цены деления шкалы.

Динамометры, выпускаемые из производства и ремонта, подвергаются внешнему осмотру для установления их соответствия требованиям технической документации, утвержденной в установленном порядке.

При проверке взаимодействия частей динамометра обращают внимание на то, чтобы: подвижные части динамометра перемещались плавно, без рывков и «заеданий»; корректор нуля свободно и плавно устанавливал стрелку отсчетного устройства на нулевую отметку шкалы.

Поверка правильности показаний динамометра при его нагрузке и разгрузке включает следующие основные операции:

- измерения во всех точках шкалы динамометра, имеющих числовые отметки;

количество точек шкалы при этом должно быть не менее 5, начиная с 0,1 верхнего значения нагрузки динамометра;

- предварительное обжатие динамометра в течение 5 минут под действием верхнего предельного значения нагрузки динамометра;

- нагружение динамометра до верхнего предела измерения и разгружение до нуля с остановками в поверяемых точках шкалы не менее 3 раз.

Технология поверки динамометра на стенде включает 3 этапа:

1. Поверяемый динамометр и образцовый динамометр последовательно устанавливаются в механическое приспособление 5 (см. рисунок ) так, чтобы усилие было направлено вдоль оси приложения нагрузки динамометров; массы динамометров уравновешиваются, для чего отсчетные устройства поверяемого и образцового динамометров устанавливаются в нулевое положение.

2. Поверяемый динамометр подвергается предварительному обжатию под действием его предельной нагрузки в течение 5 мин. После снятия нагрузки производится проверка возвращения стрелки указателя отсчетного устройства динамометра в нулевое положение и окончательная установка его на нуль, если отклонения от нулевого положения находятся в пределах 0,5 деления шкалы. В случае невозвращения стрелки на нуль шкалы, превышающего 0,5 деления шкалы, после повторного обжатия динамометр бракуется.

3. Производится плавное нагружение динамометра до верхнего предела измерения с остановками в поверяемых точках шкалы и плавное разгружение с остановками в тех же точках в обратном порядке. При этом действительные значения нагрузок устанавливаются по показаниям образцового динамометра; нагружение и разгружение динамометра производятся не менее трех раз.

Правильность показаний динамометра определяется по величине его относительной основной погрешности ( , %), вычисляемой из выражения:

,

где D - абсолютная основная погрешность, равная наибольшей (по абсолютному значению) разности между показанием поверяемого динамометра и действительным значением измеряемой величины в поверяемой точке, за которое принимается показание образцового динамометра; Р_max - верхнее предельное значение шкалы поверяемого динамометра; —относительная основная погрешность динамометра.

Для каждой поверяемой точки шкалы динамометра погрешность определяется раздельно для показаний при нагружении и разгружении. Основная относительная погрешность не должна превышать ±1% для динамометров 1-го класса и ±2% для динамометров 2-го класса.

Порог чувствительности динамометра определяют при третьем нагружении при поверке первой и последней точек его шкалы. При этом под воздействием дополнительной нагрузки, соответствующей 0,5 деления шкалы, стрелка динамометра должна перемещаться на расстояние не менее 0,4 деления шкалы.

В заключение динамометр подвергают трехкратному нагружению на 25% выше верхней предельной нагрузки динамометра с выдержкой под нагрузкой в течение 10—15 мин при каждом нагружении. После перегрузки динамометр поверяют повторно по аналогичной методике.

Оформление результатов поверки (аттестации). При поверке динамометров ведут протокол, в который вносятся показания в каждой точке шкалы поверяемого динамометра.

На динамометры, удовлетворяющие соответствующим требованиям, ставят поверительное клеймо (пломбу) или выдают свидетельство с указанием результатов поверки, заверенных подписью поверителя. На динамометры, поверенные на предприятии-изготовителе, выдают выпускной аттестат. При ведомственной поверке допускается вместо оформления свидетельства вносить в паспорт прибора отметку о поверке.

Если при поверке динамометров всех типов погрешность по одному из указанных параметров превышает допустимую или будут обнаружены механические или электрические неисправности, дальнейшую поверку прекращают, прибор не клеймят и к эксплуатации не допускают.

Рекомендуемая форма протокола поверки динамометров приводится ниже.

ПРОТОКОЛ

ведомственной поверки технических средств измерения силы,

развиваемой спортсменом (динамометров)

Наименование и тип приборов (динамометров) _______________________________

Принадлежность _________________________________________________________

Завод-изготовитель _______________________________________________________

Дата поверки ____________________________________________________________

Место поверки ___________________________________________________________

Температура помещения __________________________________________________

Заводской номер _________________________________________________________

Краткая характеристика средств, применявшихся при поверке __________________
_______________________________________________________________________

Результаты поверки

Соответствие требованиям по внешнему осмотру и исправность действия механизмов динамометра _______________________________________________________

Результаты градуировки динамометра с условной шкалой ______________________
________________________________________________________________________

Заключение по результатам поверки

Наибольшая относительная вариация показаний динамометра в пределах от 0,1 до предельного значения силы, измеряемой динамометром, равна ________________

______________________________________________________________________

Разность показаний при прямом и обратном ходах при 50% от предельного значения силы в % от величины измеряемого усилия равна ___________________

Динамометр годен (не годен) к применению.

______________________________________________________________________

В отделе метрологии и стандартизации ВНИИФК разработаны стенды для поверки и метрологической аттестации:

- датчиков ускорений (акселерометров);

- контактных и сейсмических датчиков;

- измерителей временных интервалов;

- технических средств фото-, кино- и видеоанализа спортивной техники.

Для метрологической аттестации методик выполнения измерений в области физической культуры и спорта необходимы метрологические стенды, включающие в себя образцовую измерительную аппаратуру, и другие вспомогательные технические средства и оборудование. Поэтому разработка образцовых метрологических стендов, их комплектация соответствующей измерительной аппаратурой и аттестация в органах Госстандарта РФ лежат в основе первоочередных задач метрологического обеспечения измерений в спортивной отрасли.