کالیبراسیون ماشین های استاندارد نیروی اولیه

۴ نوع کالیبراسیون در حوزه اندازه شناسی نیرو وجود دارد :

-         کالیبراسیون ماشین های استاندارد نیروی اولیه

-         کالیبراسیون ماشین های استاندارد نیروی ثانویه

-         کالیبراسیون مبدل های نیرو

-         کالیبراسیون ماشین های تست مواد

 

کالیبراسیون ماشین های استاندارد نیروی اولیه

ماشین های استاندارد نیروی اولیه بدون اندازه گیری نیرو کالیبره می شوند به عنوان مثال یک deadweight با استفاده از اندازه گیری جرم یک وزنه و شتاب جاذبه و تعیین تصحیحات مربوط به شناوری کالیبره می گردد و از آنجایی که جرم وزنه می تواند با عدم قطعیت پایینی اندازه گیری شود و همچنین شتاب جاذبه محلی و چگالی هوا  قابل اندازه گیری است ، ترکبت عدم قطعیت اندازه گیری این دو در مقاسیه با نیروی اعمالی چیزی در حدود 1 به 200000 می باشد و بنابراین  deadweight ها در مقایسه با سایر ماشین های تولید نیرو عدم قطعیت پایین تری دارند.


نیروهای جانبی  و گشتاور های خمشی

در همه ماشین های تولید نیرو ، نیرو های جانبی ممکن است در اثر بر هک کنش بین لودسل و سطح اعمال بار در ماشین ایجاد شوند. با وجود اینکه deadweight ها فقط نیروی عمودی اعمال می کنند  اما به علت جاذبه و ناصافی سطح اعمال بار ممکن است باعث انحراف محور عمودی لودسل از حالت اصلی خود شده و در نتیجه نیروی جانبی ایجاد گردد.

مثالی از براورد عدم قطعیت برای deadweight  2/1 مگانیوتنی در NPL

فرض می کنیم deadweight در یک محیط بدون کرد و غبار و تحت شرایط دمایی در گستره 1 ± 17-23 درجه سانتی گراد و در رطوبت نسبی 40 الی 70 در صد قرار دارد.

در این حالت نیروی بدست آمده از یک وزنه تحت میدان  شتاب گرانشی زمین برابر است با :

F=mcg ( 1- 1.2/8000 + ( 1.2 - ρa )/ρw )

که در آن mc  جرم قراردادی وزنه  ، g شتاب گرانشی محلی ، ρaچگالی هوا و ρw چگالی وزنه می باشد. صحت و درستی نیروی تولید شده بوسیله deadweight به صحت و درستی اندازه گیری و کنترل تک تک این اجزا بستگی دارد. به منظور محاسبه واریانس در معادله بالا داریم:

(σF/F)2 =(σmc/mc)2  + ((1.2-ρa)/ ρw)2  (σ ρw / ρw)2 + (σρa / ρa)2

 

انحراف استاندارد مربوط به هر یک از عوامل اثر گذار بررسی

انحراف استاندارد مربوط به جرم مورد استفاده در کالیبراسیون: تنظیم وزنه ها برای انجام کالیبراسیون deadweight شامل

1-     تنظیم اولیه که در طی فرایند ساخت وزنه و توسط سازنده انجام می شود ، وزنه با دقت 1/0% اضافه بر جرم اسمی ماشین کاری شده و مرکز ثقل وزنه با دقت یک میلیمتر بر مرکز هندسی آن منطبق می گردد.

2-       تنظیم نهایی وزنه که بوسیله کمپراتور جرم صورت می گیرد و

و در نهایت جرم نهایی انحراف استانداردی برابر با ppm 0/1  خواهد داشت. تجربه  نشان می دهد جرم هایی از جنس فولاد ضد زنگ می توانند پایداری خود را در یک دوره 10 ساله با دقت ppm 2/0 حفظ نمایند، و در نهایت انحراف استاندارد ترکیبی برای وزنه ppm  2/1  خواهد بود.

انحراف استاندارد شتاب گرانش زمین :  مقدار g ثابت نیست و با تغییر ارتفاع از سطح دریا و یا حتی تغییر ارتفاع نسبت به سطح زمین تغییر می کند ، این تغییرات به سه دلیل رخ می دهد :

1-     زمین به شکل یک کره کامل نمی باشد.

2-     با تغییر ارتفاع از سطح دریا شتاب نیروی مرکزگرای زمین تغییر می کند.

3-     کره زمین به صورت نا همگن می باشد.

مقدار g  همچنین به دلیل وجود نیروی جاذبه خورشید و ماه  به زمان وابسته است.

با این حال این امکان وجود دارد که مقدار g  در یک نقطه با صحت و درستی بالا اندازه گیری شود و میزان تغییرات g در منانط اطراف آن نقطه با جاذبه سنج (gravity meter) اندازه گیری شود. این انتقال در اندازه گیری مقدار جاذبه در منطقه دوم عدم قطعیتی کمتر از ppm 1/0 ایجاد می نماید و تغییرات این مقدار اندازه گیری شده تغییرات زمان چیزی در حدودppm  2/0 می باشد.

برای مثال مقدارg  در اثر قرار گرفتن وزنه های روی هم تا ارتفاع 8 متر ، ppm 5/2 تغییر می کند بنابراین لازم است مقدار g برای هر مقدار بار  مسخص شود ، انحراف استاندارد هر مقدار g    در حدودms-26- 10 × 1/1 براورد می شود.

انحراف استاندارد چگالی وزنه : اندازه گیری چگالی وزنه ها بر اساس نمونه گرفته شده از وزنه های مورد استفاده انجام می گیرد در این مثال فرض می کنیم میانگین چگالی وزنه های موجود در نمونه برابر با kg m-3 7907با انحراف استاندارد kg m-3 1/4  باشد. و همچنین تغییر یک درجه در دمای محیط، چگالی وزنه را در تقریبا kg m-3 4/0 تغییر می دهد.

انحراف استاندارد چگالی هوا :

معمولا با توزیع عناصر مترولوژیکی مختلف ، مشخصه آماری تغییرات فشار هوا اریبی منفی اندکی را نشان می دهد . در یک منطقه معتدل ، انحراف استاندارد در زمستان نسبت به تابستان بزرگتر است ( معمولا دو برابر ) همچنین به منظور محاسبه عدم قطعیت مربوط به چگالی هوا ، لازم است تعیین کنیم فشار هوای اتمسفری در محل مورد نظر به چه میزان تغییر می کند.

به عنوان مثال نتایج آنالیز داده های حاصل از انداره گیری فشار هوای محیط در بازه زمانی 12 ماهه در شکل زیر نشان داده شده است:

 

بازه ای که 95 درصد اندازه گیری ها در آن قرار دارند عبارت است ازmbar  994 تا mbar 1036  و نقطه میانی آن mbar 1015 بهترین براورد برای فشار هوای محیط می باشد.  حال اگر تغییرات دما و رطوبت در بازه کنترلشان در نظر گرفته شود ، انحراف استاندارد میانگین چگالی هوای kg m-3 201/1 برابر با kg m-3  013/0 خواهد بود.

عدم قطعیت نیروی اعمال شده : اگر اثر ترکیبی همه عدم قطعیت هایی را که در بخش های قبل بررسی شد را محاسبه کنیم عدد حاصل تقریبا برابر با ppm 0/4 در سطح اطمینان 95% است که متناظر با همان درستی 1 به 250000 است که در مورد deadweight ها به آن اشاره گردید.

تا اینجا فقط اثر نیرو های گرانشی و شناوری در هوا بر وزن سایر عوامل اثر گذار عبارتند از :

-         نیروهای ایرودینامیک

-         نیروهای مغناطیسی

-         نیروهای الکترواستاتیک

 

/ 0 نظر / 23 بازدید