robert renjo diplomski rad

7/26/2019 ROBERT RENJO Diplomski Rad

1/81

Sveuilite u Zagrebu

Fakultet strojarstva i brodogradnje

DIPLOMSKI RAD

Robert Renjo

Zagreb, 2010.


2/81

Sveuilite u Zagrebu

Fakultet strojarstva i brodogradnje

DIPLOMSKI RAD

Mentor:

Doc. dr. sc. Danko ori Robert Renjo

Prof. dr. sc. Jano Kodvanj

Zagreb, 2010.


3/81

Robert Renjo Diplomski rad

FSB I

Saetak

U ovom je radu provedena analiza utjecaja broja predoptereenja na rezultate statikog vlanog

umjeravanja kidalice.

U teorijskom dijelu rada opisana je uloga kidalica i znaaj njihovog umjeravanja te etalonskamjerna oprema i princip njena rada. Detaljno je razraenpostupak umjeravanja kidalice sukladno

normi DIN EN ISO 7500-1.

U praktinom dijelu rada provedena su umjeravanja kidalice s razliitim brojem predoptereenja.

Na temelju dobivenih rezultata umjeravanja provedena ja usporedba rezultata te su donijeti

odreeni zakljuci o utjecaju predoptereenja na karakteristine pogreke mjernog sustava

kidalice.


4/81


FSB II

Sadraj

Saetak ............................................................................................................................................. I

Popis slika ..................................................................................................................................... IV

Popis tablica .................................................................................................................................. VI

Izjava i zahvala .............................................................................................................................. IX

1. UVOD ......................................................................................................................................... 1

2. Statiko vlano ispitivanje.......................................................................................................... 2

3. Kidalice ....................................................................................................................................... 6

4. Umjeravanje .............................................................................................................................. 12

4.1. Sljedivost ............................................................................................................................ 12

4.2. Mjerna nesigurnost ............................................................................................................. 15

4.2.1. Mjerna nesigurnost kod umjeravanja kidalice ............................................................ 17

4.2.1.1. Najbolja mjerna sposobnost ................................................................................. 17

4.2.1.2. Dodatne mjerne nesigurnosti prijenosnih etalona sile .......................................... 18

4.2.1.3. Mjerna nesigurnost umjeravanja kidalice ............................................................ 18

4.2.1.4. Proirena mjerna nesigurnost ............................................................................... 19

5. Etalonski mjerni sustav ............................................................................................................. 20

5.1. Prijenosni etaloni sile ......................................................................................................... 20

5.1.1. Dinamometar ............................................................................................................... 21

5.1.1.1. Mjerne trake ......................................................................................................... 22

5.1.2. Mjerno pojaalo........................................................................................................... 27

5.1.2.1. Princip rada mjernog pojaala .............................................................................. 305.1.2.2. Filtriranje signala .................................................................................................. 31

6. Umjeravanje kidalice prema normi DIN EN ISO 7500-1 ......................................................... 34

6.1. Opi pregled kidalice ......................................................................................................... 34

6.2. Umjeravanje sustava za mjerenje sile ................................................................................ 35

6.2.1. Openito ...................................................................................................................... 35

6.2.2. Odreivanje rezolucije................................................................................................ 36

6.2.3. Priprema kidalice za umjeravanje ............................................................................... 37


5/81


FSB III

6.2.4. Postupak umjeravanja ................................................................................................. 37

6.2.4.1. Relativna pogreka reverzibilnosti ....................................................................... 39

6.2.4.2. Relativna pogreka tonosti................................................................................. 39

6.2.4.3. Relativna pogreka ponovljivosti ......................................................................... 40

6.2.4.4. Podudarnost izmeu dva prijenosna etalona sile.................................................. 40

6.2.4.5. Odreivanje klase mjernog podruja.................................................................... 40

6.2.5. Uestalost umjeravanja............................................................................................... 41

7. 7 Eksperimentalni dio ................................................................................................................ 42

7.1. Plan eksperimentalnog dijela ............................................................................................. 42

7.2. Ispitivana kidalica .............................................................................................................. 43

7.3. Prijenosni etalon sile .......................................................................................................... 44

7.4. Umjeravanje ....................................................................................................................... 46

7.5. Rezultati umjeravanja ......................................................................................................... 50

7.6. Rasprava rezultata .............................................................................................................. 60

7.7. Zakljuak............................................................................................................................ 67

8. Literatura ................................................................................................................................... 69


6/81


FSB IV

Popis slika

Slika 1 Dijagram kidanja ................................................................................................................ 3

Slika 2 Dijagram naprezanje-istezanje ........................................................................................... 4

Slika 3 Elektromehanika kidalica ................................................................................................. 8

Slika 4 Hidraulika kidalica ........................................................................................................... 9

Slika 5 Utjecaj upravljanja na rezultate vlanog ispitivanja (meki elik) .................................... 10

Slika 6 Piramida sljedivosti .......................................................................................................... 14

Slika 7 Piramida sljedivosti za mjernu veliinu sile u Hrvatskoj ................................................. 15

Slika 8 Uzroci mjerne nesigurnosti .............................................................................................. 16

Slika 9 Metode za procjenu mjerne nesigurnosti ......................................................................... 16

Slika 10 Presjek dinamometra ...................................................................................................... 21

Slika 11 Utjecaj deformacije na promjernu otpora mjerne trake ................................................. 23

Slika 12 Mjerna traka ................................................................................................................... 25

Slika 13 Wheatsteonov most s etiri mjerne trake ....................................................................... 26

Slika 14 Mjernapojaala .............................................................................................................. 28

Slika 15 Karakteristika DC pojaala ............................................................................................ 29

Slika 16 Karakteristika CF pojaala ............................................................................................. 29

Slika 17 Blok dijagram CF pojaala ............................................................................................ 30

Slika 18 Promjena signala u mjernom sustavu ............................................................................. 31

Slika 19 Usporedba karakteristika visokopropusnog i niskopropusnog filtera ............................ 32

Slika 20 Hidraulina kidalica WPM EU 40 mod. ........................................................................ 43

Slika 21 Dinamometar Z4/500 kN ............................................................................................... 44

Slika 22 Mjerno pojaalo DMP 40 ............................................................................................... 45

Slika 23 Prihvatne naprave za vlano/tlano optereivanje ......................................................... 46

Slika 24 Tlano predoptereenje kidalice i dinamometra ............................................................ 47

Slika 25 Shematski prikaz umjeravanja ....................................................................................... 48

Slika 26 Vlano umjeravanje kidalice ......................................................................................... 49

Slika 27 Prikaz upravljakog programa kidalice .......................................................................... 50


7/81


FSB V

Slika 28 Vrijednost mjernog signala pri induciranoj sili 80 kN ................................................... 52

Slika 29 Vrijednost mjernog signala pri induciranoj sili 160 kN ................................................. 52




Slika 33 Mjerni signal za rastui i padajui niz te referentna vrijednost

za mjernu toku 80 kN...55


za mjernu toku 160 kN....55

Slika 35 Mjerni signal za rastui i padajui niz te referentna vrijednostza mjernu toku 240 kN....56





Slika 38 Relativno odstupanje izmeu stvarne i inducirane sileza rastui niz....60

Slika 39 Relativno odstupanje izmeu stvarne i inducirane silezapadajui niz.....61

Slika 40 Relativna promjena stvarne sile inducirana predoptereenjem, rastui niz...61

Slika 41 Relativna promjena stvarne sile inducirana predoptereenjem, padajui niz....62

Slika 42 Relativna pogreka tonosti po mjernim tokama za razliit broj predoptereenja..63

Slika 43 Relativna pogreka reverzibilnosti po mjernim tokama

za razliit broj predoptereenja..64

Slika 44 Relativna pogreka ponovljivosti po mjernim tokama


Slika 45 Proirena mjerna nesigurnost po mjernim tokama


Slika 46 Relativna pogreka nule dinamometra..67


8/81


FSB VI

Popis tablica

Tablica 1 Vrijednosti relativnih pogreaka za razliite klase kidalice .......................................... 40

Tablica 2 Karakteristike umjeravane kidalice ............................................................................... 43

Tablica 3 Karakteristike dinamometra .......................................................................................... 44

Tablica 4 Karakteristike pojaala .................................................................................................. 45

Tablica 5 Vrijednosti relativne rezolucije ..................................................................................... 50

Tablica 6 Rezultati umjeravanja .................................................................................................... 51

Tablica 7 Referentne vrijednosti promjene napona ....................................................................... 54

Tablica 8 Vrijednosti relativnih pogreaka mjernog sustava sile .................................................. 59

Tablica 9 Vrijednosti proirene mjerne nesigurnosti .................................................................... 65

Tablica 10 Vrijednosti mjernog signala kod vlanih predoptereenja .......................................... 66


9/81


FSB VII

Popis oznaka i mjernih jedinica

Oznaka Mjerna jedinica Znaenje

L mm Duljina epruvete

Lu mm Produljenje epruvete nakon kidanja

Lu mm Mjerna duljina epruvete nakon kidanja

L0 mm Poetna mjerna duljina epruvete

N/ mm2 Naprezanje

F N Sila

S mm2 Povrina poprenog presjeka

S0 mm2

Poetna povrina poprenog presjeka epruvete mm/mm Relativno produljenje ili istezanje

E N/mm2 Modul elastinosti

Re N/mm2 Granica razvlaenja

Fe N Sila teenja

Fm N Maksimalna sila

Rm N/mm2 Vlana ili rastezna vrstoa

Rk N/mm2 Konano naprezanje

Fk N Konana sila

wCMC % Najbolja mjerna sposobnost

wt % Mjerna nesigurnost uslijed temperaturnih varijacija

ws % Mjerna nesigurnost uslijed utjecaja dugotrajne nestabilnosti osjetljivosti

wdod % Ukupna dodatna mjerna nesigurnost prijenosnih etalona sile

w( ) % Mjerna nesigurnost uslijed rezolucije pokazivaa sile kidalice

w(b) % Mjerna nesigurnost zbog rasipanja rezultata ponovljenih mjerenja

s( ) % Standardna devijacija srednje vrijednosti

w(q) % Mjerna nesigurnost umjeravanja kidalice

wc % Sastavljena standardna mjerna nesigurnost

W % Proirena mjerna nesigurnost

k Faktor pokrivanja

R Elektrini otpor


10/81


FSB VIII

a % Relativna rezolucijapokazivaa sile kidalice

b % Relativna pogreka ponovljivosti sustava za mjerenje sile

% Relativna pogreka nule sustava za mjerenje sile

F N Stvarna sila oitana na etalonskom ureaju pri rastuoj ispitnoj siliN Stvarna sila oitana na etalonskom ureaju pri padajuoj ispitnoj sili

NStvarna sila oitana na etalonskom ureaju pri rastuoj ispitnoj sili za

dopunski niz mjerenja u najmanjem mjernom podruju

N Sila oitana na pokazivau sile kidalice pri rastuoj ispitnoj sili

N Sila oitana na pokazivau sile kidalice pri padajuoj ispitnoj sili

, N Aritmetika sredina nekoliko mjerenja Fi odnosno F na istoj mjernoj toki

,

,N Najvea ili najmanja vrijednost sile Fiodnosno F za istu mjernu toku

NSila oitanana pokazivau sile kidalice pri rastuoj ispitnoj sili za dopunski

niz mjerenja u najmanjem mjernom podruju

N Ostatak sile oitan na pokazivau sile kidalice nakon uklanjanja optereenja

N Maksimalna sila mjernog podruja pokazivaa sile kidalice

m/s2 Lokalno ubrzanje uzrokovano gravitacijom

q % Relativna pogreka tonosti sustava za mjerenje sile kidalice

r N Rezolucija pokazivaa sile kidalice

% Relativna pogreka reverzibilnosti sustava za mjerenje sile kidalice

R Elektrini otpor

S Elektrina vodljivost

X1, X2, X3 mV/V Vrijednost mjernog signalapri rastuoj ispitnoj sili u nizovima 1, 2, 3

Xref mV/V Referentna vrijednost mjernog signala

Xsr mV/V Srednja vrijednost mjernog signala

Xmax mV/V Najvea vrijednost mjernog signala za odreenu mjernu toku

Xmin mV/V Najmanja vrijednost mjernog signala za odreenu mjernu toku

X2' mV/V Vrijednost mjernog signala pri padajuoj ispitnoj sili u nizu 2'

if mV/V Vrijednost mjernog signala oitana nakon rastereenja

i0 mV/V Vrijednost mjernog signala oitana prije optereenja

XN mV/V Vrijednost mjernog signala pri maksimalnoj sili umjeravanja


11/81


FSB IX

Izjava i zahvala

Izjavljujem da sam ovaj diplomski rad izradio samostalno koristei znanje steeno

tijekom studija, navedenu literaturu i konzultacije.

Zahvalio bih svojem mentoru doc. dr. sc. Danku oriu na pomoi, strpljenju i

razumijevanju koje mi je iskazao tijekom izrade ovog rada.

Zahvalio bih svojoj obitelji, a posebno svojem bratu na pomoi koju mi je ukazivao

tijekom studija.

Hvala svim ljudima koji su tijekom studija postali dijelom mojeg ivota. Hvala vam

neizmjerno, nikad vas neu zaboravit.

___________

Robert Renjo


12/81


FSB 1

1 UVOD

Mehanika svojstva materijala zauzimaju posebno mjesto meu ostalim fizikalnim i kemijskim

svojstvima, budui da se na osnovi njih dimenzioniraju dijelovi strojeva i ureaja. Mehanika

svojstva realnih materijala mogue je tono utvrditi samo eksperimentalnim ispitivanjima u

laboratoriju. Stoga je na podruju ispitivanja mehanikih svojstava razvijena eksperimentalna

oprema pomou koje se epruvete optereuju na nain kako e odgovarajui strojni dijelovi biti

optereeni tijekom eksploatacije. Epruvete su uzorci na kojima se provode ispitivanja;

normiranog su oblika i dimenzija. Jedno od najeih ispitivanja mehanikih svojstava je statiko

vlano ispitivanje koje se provodi na ureajima koji se nazivaju kidalice. Kidalice su ureaji na

kojima se epruveta kontinuirano optereuje statikom silom sve do loma kako bi se analiziralo

elastino i plastino ponaanje materijala u uvjetima jednoosnog optereenja. Pri ispitivanju se

kontinuirano mjere sila i deformacija epruvete, te se na osnovu tih veliina odreuju mehanika

svojstva koja karakteriziraju mehaniku otpornost materijala.

Ispitivanje mehanikih svojstava openito moemo podijeliti:

prema nainu djelovanja optereenja: vlano, tlano, savojno, smino, ispitivanje

uvijanjem, te kombinirana ispitivanja;

prema brzini djelovanja optereenja: statiko, dinamiko i udarno;

prema temperaturi ispitivanja: ispitivanje na sobnoj, povienoj ili snienoj temperaturi;

prema trajanju optereenja: kratkotrajna i dugotrajnaispitivanja.

Kada se materijale promatra iz konstrukcijske perspektive, njihovo najvanije svojstvo je

vrstoa. vrstoa predstavlja otpormaterijala prema deformaciji i lomu, odnosno, vrstoa je

sposobnost materijala da podnosi naprezanja uzrokovana vanjskim optereenjima. vrstoa

materijala odreuje se provoenjem statikog vlanog ispitivanja.


13/81


FSB 2

2 Statiko vlano ispitivanje

Statiko vlano ispitivanje spada pod razorne metode ispitivanja materijala, a predstavlja

najvanije ispitivanje na podruju karakterizacije mehanike otpornosti materijala. Vlano

ispitivanje provodi se zbog nekoliko razloga:

rezultati vlanog ispitivanja koriste se pri izboru materijala za razliite inenjerske

primjene;

svojstva utvrena vlanim ispitivanjem esto se koriste za specifikaciju materijala u

svrhu osiguranja kvalitete;

tijekom razvoja novih materijala i procesa na temelju rezultata vlanog ispitivanja

omoguuje se usporedba s drugim materijalima uzimajui u obzir tehnoloki postupak

obrade;

vlana svojstva koriste se kako bi se predvidjelo ponaanje materijala u realnim

eksploatacijskim uvjetima.

Statikim vlanim ispitivanjem utvruju se osnovna mehanika svojstva materijala kao to su

granica razvlaenja, vlanavrstoa, istezljivost, modul elastinosti itd. Ispitivanje se provodi na

kidalicama pomou kojih se epruvete kontinuirano vlano optereuju sve do loma. Tijekom

ispitivanja kontinuirano se mjere sila i produljenje epruvete, te se pisaem grafiki registrira

dijagram sila-produljenje koji se naziva dijagramom kidanja. Optereenje se na kidalici

ostvaruje hidrauliki ili mehaniki. Za preciznije mjerenje produljenjaslui ekstenzimetar koji se

uvruje na epruvetu.

Epruvete na kojima se provodi statiko vlano ispitivanje mogu biti okruglog ili etvrtastog

poprenog presjeka. Oblik i dimenzije epruvete propisani su odgovarajuom normom. Dimenzije

epruvete u uzdunom smjeru u odreenom su razmjeru s dimenzijama epruvete u poprenom

smjeru. Prije ispitivanja, potrebno je izmjeriti poetnu duljinu (L0) i poetne dimenzije presjeka

epruvete. Nakon toga, epruveta se na mjestima zadebljanja (glava epruvete) uvruje u

eljusti kidalice, te se moe zapoeti s optereivanjem. Prirast naprezanja u jedinici vremena pri

statikom vlanom pokusu propisan je normom, a ovisi o modulu elastinosti ispitivanog

materijala.

Ne slici 1 prikazan je dijagram kidanja za niskougljini konstrukcijski elik u normaliziranom

stanju.


14/81


FSB 3

Slika 1 Dijagram kidanja

U prvom dijelu dijagrama ovisnost izmeu sile i pripadajueg produljenja je linearna. Takav

linearni odnos vrijedi sve do dostizanja sile razvlaenja Fe. U drugom dijelu dijagrama odnos sile

i produljenja postaje nelinearan, pri emu se optereenje poveava sve do dostizanja maksimalne

sile Fm. Nakon sile Fm, epruveta se nastavlja produljivati uz sve manju silu zbog smanjenja

plotine poprenog presjeka. Kada sila dostigne vrijednost konane sile Fk, dolazi do loma

epruvete. Produljenje epruvete Lunakon kidanja iznosi:

(1)

gdje je Lumjerna duljina epruvete nakon kidanja, a L0poetna mjerna duljina epruvete.Dijagram

kidanja nije pogodan za inenjersku primjenu jer ne uzima u obzir dimenzije poprenog presjeka

epruvete. Budui da je mehanika otpornost materijala ovisna o povrini epruvete umjesto sile Fuvodi se naprezanje :

(2)

gdje je F sila izraena u njutnima,a S0poetna povrina poprenog presjeka epruvete izraena u

mm2, a umjesto produljenja L uvodi se relativno produljenje ili istezanje :

(3)


15/81


FSB 4

Istezanje predstavlja omjer produljenja L i poetne mjerne duljine L0. Na taj nain iz

dijagrama F-L dobiva se dijagram naprezanje - istezanje koji je za konstrukcijski elik u

normaliziranom stanju prikazan na slici 2.

Slika 2 Dijagram naprezanje-istezanje

Dijagram poinje iz ishodita pravcem koji se naziva Hookeov pravac za koji vrijedi Hookeov

zakon:

(4)

gdje je E modul elastinosti. U podruju u kojem vrijedi Hookeov zakon javljaju se samo

elastine deformacije koje nakon rastereenja iezavaju. Hookeov pravac je s gornje strane

ogranien granicom razvlaenja Repri kojoj se epruveta istee bez poveanja naprezanja ili ak

uz privremeno smanjenje naprezanja. Granica razvlaenjautvrena je izrazom:

(5)

gdje je Fe sila teenja a S0poetna povrina poprenog presjeka epruvete. Granicu razvlaenja

odreuju dvije vrijednosti: gornja granica razvlaenja Reh i donja granica razvlaenja Rel.

Granica razvlaenja predstavlja naprezanje prema kojem se uz odabrani stupanj sigurnosti

utvruje maksimalno doputeno naprezanje pri radu strojnih dijelova i dijelova ureaja.


16/81


FSB 5

Naprezanja vea od granice razvlaenja Re izazivaju osim elastine i plastinu (trajnu)

deformaciju. Naprezanje kod maksimalne sile Fm naziva se vlana ili rastezna vrstoa Rm.

Vlana vrstoa Rm odreena je omjerom maksimalne sile Fm i poetne povrine poprenog

presjeka S0:

(6)

Vano je napomenuti da vlana vrstoa nije maksimalno naprezanje ve je to naprezanje pri

maksimalnoj sili. Naime, nakon dostizanja maksimalne sile povrina epruvete poinje se naglo

smanjivati, pa stvarno naprezanje unato smanjenju sile i dalje raste. Vlana vrstoa Rm je

osnovno mehaniko svojstvo na temelju kojeg se materijali vrednuju prema njihovoj mehanikoj

otpornosti.

Naprezanje kod kojeg dolazi do loma epruvete naziva se konano naprezanje Rk. Konano

naprezanje Rk odreeno je omjerom konane sile Fk i poetne povrine poprenog presjeka S0:

(7)


17/81


FSB 6

3 Kidalice

Kidalica je ureaj ili sklop ureaja za vlano/tlano ispitivanje materijala u uvjetima jednoosnog

statikog optereenja. Na njima je mogue ostvariti vlana ili tlana optereenja. Kidalice

spadaju u ispitnu opremu svakog laboratorija koji se bavi mehanikim ispitivanjima.Podjela kidalica moe biti prema:

sustavu za optereivanje,

poloaju osi ispitnog uzorka,

vrsti ureaja za oitanje,

namjeni i dr.

Mehanike kidalice su komercijalno dostupne od 1886. godine. Od tada pa do danas, kidalice sunapredovale od isto mehanikih ureaja do puno sloenijih elektromehanikih i hidraulikih

ureaja s naprednom elektronikom i mikroraunalima. Danas postoji itav niz razliitih kidalica,

a u praksi se najee koriste univerzalne kidalice na kojima se uzorak moeoptereivati vlano,

tlano i savojno. Kidalice su u posljednje vrijeme znatno usavrene, naroito u pogledu tonosti

mjernog sustava i regulacije brzine optereivanja, to je omogueno primjenom razliitih

elektronikih komponenti. Suvremene konstrukcije kidalica trebaju zadovoljavati sljedee

zahtjeve:

da su to jednostavnije za rukovanje i to manje mase, a pri tom i dovoljno vrste i krute

kako ne bi dolo do neeljenih deformacija tijekom optereivanja;

da se optereenjeprenosi na ispitni uzorak na pravilan nain i da se iznos sile moe u

svakom trenutku oitatisa zadovoljavajuom tonou;

da se optereenje postie mirno, bez udara, te da se po potrebi moe odravati dulje

vrijeme konstantnim;

da ureaj za privrivanje bude jednostavan, lak za rukovanje, a da pri tome onemoguiklizanje krajeva ispitnog uzorka.

S obzirom na poloaj osi ispitnog uzorka tijekom ispitivanja, kidalice mogu biti horizontalne i

vertikalne. Kod horizontalnih kidalica epruveta je poloena vodoravno, a kod vertikalnih kidalica

okomito. Vertikalne kidalice su puno vie zastupljene u svakodnevnom radu. Maksimalne sile

koje se mogu postii su najee do 1000 kN, pa ak i vie. esto su konstruirane tako da se na

njima pored ispitivanja razvlaenjem mogu provoditi i ispitivanja tlaenjem, savijanjem i

smicanjem.


18/81


FSB 7

Kidalice se u principu sastoje od sljedeih dijelova:

okvir (postolje),

mehanizam za optereivanje,

ureaj za mjerenje sile,

ureaj zaoitanje.

Okvir kidalice sastoji se od vodilica, traverze i postolja u kojem je smjeten pogonski

mehanizam. Okvir mora podnositi optereenja usklaena s pogonskim sustavom. Ovo rijetko

predstavlja problem budui da je veina postolja napravljena tako da postie veliku krutost.

Okvir mora osigurati dovoljno radnog prostora i svjetla za neometano rukovanje ispitnimuzorkom. Kod nekih kidalica, radni prostor omoguen je iznad i ispod pokretne traverze, ili je

osiguran boni pristup. Krutost okvira kidalice moe se razmatrati kao aksijalna, poprena i

torzijska. Kod veine rutinskih vlanih ispitivanja, aksijalna krutost je najvaniji parametar.

Visoka krutost postolja minimizira pojavu deformacija, a samim time i elastinu energiju koja se

u njemu akumulira tijekom ispitivanja. Deformacije okvira prilikom optereivanjanepovoljno

utjeu na tonost mjerenja.

Ureaj za optereivanje moe biti mehaniki, hidrauliki, pneumatski, elektrini ili kombinacijanavedenih tipova. O vrsti ureaja za optereivanje odluuju konstrukcijski zahtjevi i potrebna

maksimalna sila. Kidalice za optereenja do 10kN uglavnom imaju mehaniki pogon. Izmeu

10 kN i 100 kN mogu se koristiti oba pogona , i mehaniki i hidrauliki, ali se preferira

mehaniki. Za sile iznad 100 kN koristi se hidrauliki pogon jer se na taj nain relativno lake

postiu velike sile.

Maksimalna brzina kojom se ispitni uzorak optereuje tijekom ispitivanja ograniena je vrstom

kidalice. Maksimalna brzina traverze elektromehanike kidalice odreena je brzinomelektromotora u kombinaciji s reduktorom. Brzina traverze hidraulikih kidalica ovisi o

kapacitetu hidraulike pumpe. U novije vrijeme ugrauju se automatski regulatori pomou kojih

se brzina optereivanja moe unaprijed programirati. Konvencionalne elektromehanike kidalice

konstruirane su za brzine optereivanja od 0,001 mm/min do 500 mm/min, to je pogodno za

provoenje statikih i polu-statikih ispitivanja. Hidraulike kidalice uglavnom imaju vei

raspon brzina.


19/81


FSB 8

Slika 3 Elektromehanika kidalica

Primjer elektromehanike kidalice prikazan je na slici 3. Radi se o kidalici s elektromehanikimpogonom i mjernom elijom za mjerenje sile. Vretena su pokretana pomou motora, mogu se

okretati u oba smjera, a ujedno slue kao vodilice za pokretnu traverzu. Gibanjem traverze

optereuje se ispitni uzorak vlano ili tlano, ovisno o tome giba li se traverza prema gore ili

dolje. Brzina traverze moe se prilagoavati mijenjanjem brzine elektromotora ili mijenjanjem

prijenosnog omjera.

Kidalice s vretenima mogu imati jedno, dva ili etiri vretena. Kod kidalica s vie vretena, jedno

vreteno mora imati lijevi navoj, a drugo desni kako bi se izbjeglo izvijanje ispitnog uzorka zbogrotacije vretena.


20/81


FSB 9

Kod kidalica s hidraulikim pogonom, ulje pod pritiskom potiskuje klip u cilindrupri emu

dolazi do podizanja traverze ili podizanja cijelog stupa kidalice, slika 4.

Slika 4 Hidraulika kidalica

Hidraulike kidalice mogu koristiti jednoradne ili dvoradne klipove. Glavna prednost

hidraulikih kidalica je mogunost postizanja visokih vrijednosti sila i precizna regulacija

optereenja.

Sve moderne kidalice (elektromehanike i hidraulike) koriste regulacijski sustav. Brojne

elektromehanike kidalice upravljane su samo kontrolom poloaja. Veina hidraulikih kidalica,

te neke elektromehanike, imaju ureaje za kontrolu optereenja i deformacija. Vrsta

upravljanja moe znaajno utjecati na rezultate ispitivanja. Slika 5 prikazuje utjecaj razliitih

naina upravljanja na rezultate vlanog ispitivanja.


21/81


FSB 10

Slika 5 Utjecaj upravljanja na rezultate vlanog ispitivanja (meki elik)

Razlike izmeu kontrole poloaja i kontrole deformacija najvee su kod materijala s visokim

modulom elastinosti, kao to su elici i kompoziti, ija je krutost znaajna u odnosu na krutost

same kidalice. Za materijale s malim modulom elastinosti, kao to su elastomeri i tekstil, kod

kojih je krutost vrlo mala u usporedbi s krutou kidalice, razlike izmeu kontrole poloaja i

kontrole deformacija znaajno su manje.

Provoenje vlanog ispitivanja s kontroliranim optereenjem omoguuje stabilnu kontrolu u

elastinom podruju. Nakon to ispitni uzorak pone tei, kontrolna petlja postaje otvorena

petlja, to dovodi do znaajnog produljenja u fazi teenja. Kontrola se ponovno uspostavlja u

elastino-plastinompodruju sve do maksimalne sile kada slijedi lom epruvete.

Kontrola poloaja pogodna je za spora i i jednostavna ciklika ispitivanja, a postie sepromjenom smjera koji je kontroliran ogranienjima kidalice ili raunalom. Oitavanje poloaja

na elektromehanikim kidalicama obino se ostvaruje pomou rotacijskog optikog enkodera.

Provoenje kontrole poloaja moe biti jako dobro, s tonou pozicioniranja ak iboljom od

0,1 m. Oitavanje poloaja na servohidraulikim kidalicama esto se tamelji na LVDT-u.

Unato injenici da LVDT-i imaju odlinu rezoluciju, nelinearnost ukupne putanjeod 0,5 %

predstavlja ogranienje za kontrolu poloaja. Kontrola poloaja ne moe osigurati tonu kontrolu

optereenja ili deformacija ispitnog uzorka zbog deformacija koje se ostvaruju van ispitnog

uzorka (eljusti, okvir, pogon, sustav za optereenje).Ogranienja koja se javljaju kod kontrole


22/81


FSB 11

poloaja mogu se prevladati regulacijom optereenja ili deformacija kad se povratni signal

dobiva od mjerne elije ili ekstenzimetra. Kontrola optereenja obino se koristi za ispitivanja u

elastinom podruju. Kontrola deformacija obinoje potrebnau situacijama kad se ispitni uzorak

deformira plastino.

Sila ostvarena na kidalici moe se mjeriti mehanikim, hidraulikim ili elektrinim putem. Od

velikog broja mehanikih mjernih ureaja, najee se primjenjujeureaj na principu nagibne

vage koji se sastoji od klatna s jednim ili vie utega poznatih masa. Ovaj mjerni sustav je vrlo

jednostavan za rukovanje te u isto vrijeme i vrlo precizan. Kod starijih kidalica koristili su se

ureaji za mjerenje sile pomou opruga, ali se nisu pokazalidovoljno tonim. Danas se ponovno

poinju primjenjivati zahvaljujui usavrenoj tehnologiji izrade opruga. Hidrauliki mjerni

ureaji su u pravilu jednostavniji, a sila se obino mjeri manometrom i razmjerna je tlaku ulja u

cilindru. Najee primjenjivani hidrauliki mjerni ureaj je manometar s klatnom. Za mjerenje

sile danas se koriste i elektrina mjerila u obliku mjernih elija ili pretvornika sile koji

vrijednost sile pretvaraju u naponski ili strujni signal.

S obzirom na vrstu ureaja za oitanje sile moe se raditi o kidalicama s analognim ili digitalnim

pokazivaem. Analogne kidalice sadre analognu krunu skalu za svako mjerno podruje, a

digitalne kidalice numeriki indikator.

Veina dananjih kidalica opremljena je raunalom. ak tovie, dosta modernih kidalica ne

moe niti funkcionirati bez suvremene raunalne opreme. Skup radnji koje obavlja raunalo

ukljuuje: kontrolu provoenja ispitivanja, prikupljanje rezultata, obrada podataka, pa ak i

kreiranje samog izvjetaja. Svim ovim radnjama upravlja jedan ili vie programskih paketa

specijalno kreiranih za takve namjene. Najnovija generacija digitalne elektronike omoguuje

brojne prednosti glede upravljanja i akvizicije podataka uz stabilan rad ime se smanjuje potreba

za estim umjeravanjima. Uporaba raunala i pripadajuih programa daje operateru mogunost

da kontrolira rad kidalice uz istodobnu pohranu i analizu rezultata ispitivanja.


23/81


FSB 12

4 Umjeravanje

Mjerenje sile predstavlja osnovu za odreivanje mehanikih svojstava materijala ili proizvoda.

Sila se openito definira kao vektorska veliina te mjerenje sile ukljuuje odreivanje iznosa i

smjera sile. Ispitivanje sile meu ostalim se provodi na kidalicama opisanim u pethodnompoglavlju. Tijekom vremena kidalice gube na tonosti zbog razliitih oteenja, kvarova,

preoptereenja, istroenja vitalnih dijelova i sl. Zbog toga se provodi periodina kontrola

mjernog sustava sile ili umjeravanje kidalice kroz odreeno vremensko razdoblje kako bi se

ispitala tonost mjernog sustava.

Umjeravanje je postupak kojim se odreuje odnos izmeu veliine koju pokazuje neko mjerilo ili

etalon nie mjeriteljske kakvoei odgovarajue vrijednosti ostvarene etalonomvie mjeriteljske

razine. Etalon je materijalizirana mjera, mjerilo, referencijska tvar ili mjerni sustav namijenjen zaodreivanje, ostvarivanje, uvanje i obnavljanje jedinice odreenefizikalne veliine.

Kad je rije o kidalicama, umjeravanje se provodi usporedbom vrijednosti sila oitanih na

pokazivau sile kidalice i stvarnih sila izmjerenih pomou etalonskog mjernog sustava.

Usporedba rezultata mjerenja mogua je postizanjem mjernog jedinstva. Mjerno jedinstvo

definira se kao mjeriteljsko stanje u kojem su mjerni rezultati izraeni u zakonitim jedinicama te

se mogu s utvrenim mjernim nesigurnostima dovesti u vezu s etalonima vie mjeriteljske

sposobnosti. Ispravno provedeno umjeravanje omoguuje:

osiguranje sljedivosti prema nacionalnom etalonu,

smanjenje mjerne nesigurnosti.

4.1.Sljedivost

Koncept sljedivosti moe se shvatiti kao hijerarhija mjerila odnosno mjernih rezultata. Sljedivost

se definira kao svojstvo mjernog rezultata po kojemu se on moe dovesti u vezu s navedenim

referentnim etalonom (obino dravnim ili meunarodnim) neprekinutim lancem usporedbi kojeimaju utvrene mjerne nesigurnosti. Sljedivost se ostvaruje umjeravanjem mjernim ureajima

umjerenim pomou etalona vie mjeriteljske razine. Na taj nain ostvaruje se neprekinuti lanac

usporedbi sve do nacionalnog etalona ime se postie globalna povezanost sveukupnih rezultata

mjerenja. Sljedivost omoguuje da rezultati mjerenja razliitih laboratorija budu jednako

mjerodavni. Rezultati umjeravanja bez iskazane sljedivosti ne smatraju se valjanim.

Osnovni elementi koji odreuju sljedivost jesu:


24/81


FSB 13

neprekinuti lanac usporedbi koji vodi do etalona najvie mjeriteljske kakvoe;

mjerna nesigurnost (izraunata za svaki segment lanca, te za itav lanac);

dokumentacija za svaki korak u lancu;

mjerodavnost laboratorija i tijela koji provode neke korake u lancu mora biti

potkrijepljena valjanim dokazima;

upuivanje na SI jedinice;

ponovna umjeravanja u odreenim vremenskim razmacima.

Sljedivost se osigurava umjeravanjem, ali ovisno o kakvim se mjerilima ili etalonima radi, te na

kojem su oni poloaju u piramidi sljedivosti, mogue ju je ostvariti na vie naina:

preko umjernog laboratorija unutar tvrtke;

preko ovlatenog laboratorija;

preko dravne mjeriteljske institucije;

izravnim vezivanjem na meunarodni etalon, oslanjanjem na dravni etalon neke druge

drave ili vezivanjem na etalon stranog ovlatenog umjernog laboratorija zadovoljavajue

mjerne sposobnosti,

do definicijskog etalona.

Hijerarhija sljedivosti prikazuje se pomou piramide sljedivosti (slika 6). U piramidi sljedivosti

mjerila su hijerarhijski posloena prema razini mjeriteljske kakvoe. Umjeravanje se provodi od

vrha prema dnu piramide. Dakle, etalon nie razine uvijek se umjerava uz pomo etalona vie

razine.


25/81


FSB 14

Slika 6 Piramida sljedivosti

to se tie etalona za silu, Hrvatska raspolae dravnim etalonima u podruju od 50 N do 200

kN. Nositelj ovih etalona je Laboratorij za ispitivanje mehanikih svojstava (LIMS) Fakulteta

strojarstva i brodogradnje. To je niz prijenosnih etalona sile najvieg razreda tonosti00 i 0,5zajedno s mjernim pojaalom visoke preciznosti i ponovljivosti. Ovi etaloni se umjeravaju u

njemakom nacionalnom mjeriteljskom institutu Physikalische Technische Bundesanstalt (PTB).

Osim toga, LIMS raspolae i referentnim etalonom za silu. Trenutno je u postupku proglaenje

referentnog etalona dravnim etalonom Republike Hrvatske. Piramida sljedivosti etalona sile za

Hrvatsku prikazana je slikom 7.


26/81


FSB 15

Slika 7 Piramida sljedivosti za mjernu veliinu sile u Hrvatskoj

4.2.Mjerna nesigurnost

Svako mjerenje je rezultat procesa s vie ili manje izraenim sluajnim djelovanjima koja

rezultiraju mjernim pogrekama. Pogreke su neizostavni dio svakog mjerenja, pa i onih

najpreciznijih koja se vre na etalonima. Stoga je rezultat mjerenja potpun samo ako je popraen

s kvantitativnim pokazateljem njegove mjerne nesigurnosti.

Mjerna nesigurnost definira se kao parametar pridruen rezultatu mjerenja koji opisuje rasipanje

vrijednosti koje bi se razumno moglopripisati mjerenoj veliini. Mjerna nesigurnost oznaava se

W(x) i opisuje koliko je povjerenje u rezultat mjerenja. to je mjerna nesigurnost manja, to je

mjerenje bolje. Minimalna vrijednost mjerne nesigurnosti predstavlja najbolju mjernu

sposobnost (CMC) nekog laboratorija za mjerenja koja provodi.

Uzroci koji utjeu na pojavu mjerne nesigurnosti openitoukljuuju:

utjecaj okolinih uvjeta,

subjektivnost promatraa (oitavanje na analognoj skali),

vibracije,

vrijednosti pridruene mjernom standardu,

vrijednosti konstanti i ostalih parametara koje su dobivene iz vanjskih izvora a koje se

koriste u obradi podataka,

aproksimacije i procjene koje su sastavni dio mjerne metode i mjernog postupka,

promjene ponovljenih oitanja iste vrijednosti pri istim uvjetima.


27/81


FSB 16

Openito se moe rei da na vrijednost mjerne nesigurnosti utjee cijeli nizrazliitih faktora ije

je djelovanje potrebno procijeniti. Vizualni pregled utjecajnih imbenika najee se prikazuje

dijagramom u obliku riblje kosti, slika 8.

Slika 8 Uzroci mjerne nesigurnosti

Svi navedeni imbenici uzrokuju pojavu sistematskih i sluajnih pogreaka prilikom mjerenja.

Sistematske pogreke uzrokuju smanjenu tonost rezultata mjerenja, a sluajne pogreke

smanjuju pouzdanost. Na slici 9prikazana je podjela metoda za procjenu mjerne nesigurnosti.

Slika 9 Metode za procjenu mjerne nesigurnosti


28/81


FSB 17

GUM metodom procjenjuju se dvije vrste mjerne nesigurnosti:

skupine A (tip A),

skupine B (tip B).

Nesigurnost tipa A odreuje se eksperimentalno, ponavljanjem mjerenja i raunanjem

standardnog odstupanja () rezultata ponovljenih mjerenja. Procjena nesigurnosti tipa B moe se

temeljiti na:

specifikacijama mjerne opreme,

podacima o umjeravanju mjerila,

nesigurnosti koritenih podataka koji su preuzeti iz prirunika ili drugih izvora,

podacima o ponovljivosti i obnovljivosti,

podacima o ranije provedenim slinim mjerenjima,

iskustvu i poznavanju relevantnih mjerila i mjernih objekata,

raznim drugim informacijama kao to su zaokruivanje, razluivost i histereza.

4.2.1.Mjerna nesigurnost kod umjeravanja kidalice

Procjena i izraun mjerne nesigurnosti kod umjeravanja kidalice podijeljena je u dva segmenta:

1. nesigurnost umjernog laboratorija (CMC),

2. nesigurnost umjeravanja koja se dijeli na:

a. dodatne mjerne nesigurnosti prijenosnih etalona u okruenju u kojem se obavlja

umjeravanje,

b. mjerne nesigurnost umjeravanja kidalice.

Geometrijska suma vrijednosti ova tri segmenta daje sastavljenu mjernu nesigurnost rezultataumjeravanja kidalice na odreenim mjernim tokama.

4.2.1.1.Najbolja mjerna sposobnost

Najbolja mjerna sposobnost LIMS-a (Laboratorij za ispitivanje mehanikih svojstava) iznosi:

wCMC=0,06% (8)

pri emu je faktor pokrivanja k=1. Najbolja mjerna sposobnost predstavlja najmanju mjernu

nesigurnost koja se moe postii u laboratoriju pri obavljanju svakodnevnih umjeravanja.


29/81


FSB 18

Vrijednost faktora k izabire se na temelju traenog stupnja pouzdanosti. Vrijednost najbolje

mjerne sposobnosti koristi se u izraunu sastavljene mjerne nesigurnosti.

4.2.1.2.Dodatne mjerne nesigurnosti prijenosnih etalona sile

Dodatne mjerne nesigurnosti prijenosnih etalona sile dijele se na:

nesigurnost uslijed temperaturnih varijacija:

(9)

pri emu se faktor nalazi u tehnikim karakteristikama dinamometra danim od strane

proizvoaa, a at je devijacija od referentne temperature umjeravanja.

nesigurnost uslijed utjecaja dugotrajne nestabilnosti osjetljivosti:

(10)

pri emu se faktor asnalazi u tehnikoj specifikaciji dinamometra.

Ukupna dodatna mjerna nesigurnost prijenosnih etalona sile (wdod) definirana je kao

geometrijska sredina ovih dviju nesigurnosti:

(11)

4.2.1.3. Mjerna nesigurnost umjeravanja kidalice

Ova mjerna nesigurnost dijeli se na:

standardnu mjernu nesigurnost uslijed utjecaja rezolucije pokazivaa sile kidalice, w( ),

standardnu mjernu nesigurnost zbog rasipanja rezultata ponovljenih mjerenja, w(b)

Standardna mjerna nesigurnost w( ) rauna se premaizrazu:

(12)

pri emu je relativna nesigurnost oitanja koja se prema normi DIN EN ISO 7500-1 odreuje

pomou jednadbe:

(13)

gdje je r rezolucija pokazivaa sile, a F je vrijednost sile oitane na kidalici.


30/81


FSB 19

Standardna mjerna nesigurnost w(b) rauna se prema:

(14)

Pri emu je s( ) standardna devijacija srednje vrijednosti, a je aritmetika sredinaizmjerenih

rezultata.

Ukupna mjerna nesigurnost umjeravanja kidalice jednaka je:

(15)

4.2.1.4.Proirena mjerna nesigurnost

Sastavljena standardna mjerna nesigurnost umjeravanja kidalice rauna se prema izrazu:

(16)

Proirena mjerna nesigurnost (W) dobiva se mnoenjem sastavljene mjerne nesigurnosti wc i

faktora pokrivanja k:

(17)

Faktor pokrivanja k jednak je 2 za stupanj povjerenja od 95 %.


31/81


FSB 20

5 Etalonski mjerni sustav

Etalon je materijalizirana mjera, mjerilo, referentna tvar ili mjerni sustav namijenjen za

odreivanje, ostvarivanje, uvanje i obnavljanje jedinice jedne ili vie vrijednosti kakve veliine

da bi mogla posluiti kao referencija. Etaloni se hijerarhijski dijele prema mjeriteljskoj kakvoitako da se na vrhu nalazi primarni etalon, odnosno etalon najbolje mjerne sposobnosti.

Hijerarhijska podjela etalona nuna je zbog osiguranja sljedivosti mjerenja, dakle zbog

mogunosti povezivanja mjerenja s primarnim etalonom.

Osnovni tipovi etalona hijerarhijski rangirani prema mjeriteljskoj kakvoi su:

primarni etalon,

meunarodni etalon,

nacionalni/dravni etalon,

referentni etalon,

posredniki etalon,

prijenosni etalon,

radni etalon.

5.1.Prijenosni etaloni sile

Prijenosni etaloni sile su etaloni namijenjeni prijenosu mjerne veliine sile na odreena mjesta nakojima se provode ispitivanja ili umjeravanja. Koriste se za umjeravanje drugih mjerila ili

ureaja za mjerenje sile koji se nalaze na nioj mjeriteljskoj razini. Prijenosni etaloni sile se

umjeravaju na referentnom etalonu sile koji se opet umjerava uz pomo posrednikih etalona.

Danas se kao prijenosni etaloni sile najvie koriste elastini mjerni ureajikoji rade na principu

mjerenja deformacija. Princip njihova rada temelji se na usporedbi vrijednosti izmjerenih

pomou njih i vrijednosti izmjerenih naispitivanom mjerilu. Etalonski mjerni sustav za mjerenje

sile openito se sastoji od:

dinamometra (elastini mjerni ureaj),

mjernog pojaala,

ureaja za oitanje,

kabela za spajanje komponenti,

prihvatnih naprava za vlano ili tlano optereivanje.

Mjerno pojaalo i ureaj za oitanje uglavnom su dio jednog ureaja.


32/81


FSB 21

5.1.1.Dinamometar

Svaki prijenosni ureaj koji omoguuje mjerenje sile naziva se dinamometar. Elektrini

dinamometar je elektro-mehanika naprava (pretvara) koji pretvaramehaniku veliinu kao to

je sila u elektrini signalpromjene napona. Dinamometri se mogu koristiti za mjerenje vlanih ilitlanih sila, a s obzirom na namjenu, dijele se na:

dinamometre za industrijska mjerenja,

dinamometre za precizna laboratorijska mjerenja.

Na slici 10 prikazan je popreni presjek etalonskog dinamometra Z4 s oznaenim glavnim

dijelovima.

Slika 10 Presjek dinamometra

Od svih dijelova posebno je potrebno istaknuti dva, a to su:

mjerno tijelo (elastini element),

mjerne trake.

Mjerno tijelo dinamometra (slika 10) sadri osam mjernih traka od kojih su etiri postavljene

popreno, a etiri uzduno.


33/81


FSB 22

Za potrebe vlanog optereivanja, s gornje strane dinamometra nalazi se prihvatna glava s

vanjskim navojem, dok je s donje strane provrt s unutarnjim navojem. Kuite je s gornje i s

donje strane hermetiki zatvoreno pomou brtvenih membrana. Na taj nain spreava se

negativan utjecaj vlage naspram osjetljivih elemenata.

Sila koja djeluje na dinamometar uzrokuje deformaciju mjernih traka pri emu dolazi do

promjene njihovog elektrinog otpora. Zbog promjene elektrinog otpora mijenja se izlazni

napon s obzirom na ulazni (narinuti) napon to predstavlja elektrini signal na izlazu iz

dinamometra koji se dodatno jo pojaava uz pomo mjernog pojaala.

5.1.1.1.Mjerne trake

Mjerne trake su prvi put upotrijebljene 1938. godine, a danas se koriste na podruju tehnike s

ciljem mjerenja i odreivanja prisutnih deformacija odnosno optereenja. Princip rada mjernih

traka temelji se na piezootpornom efektu to ga pokazuju metali. Osnove mjerenja postavio je

lord Kelvin 1856. godine utvrdivi da se bakrenoj ici elektrini otpor poveava prilikom

rastezanja. Elektrini otpor vodia opisan je jednadbom:

(18)

gdje je elektrika vodljivost, L je duljina, a S je povrina poprenog presjeka vodia. Iz

jednadbe je vidljivo da se produljenjem ice otpor poveava, a skraivanjem smanjuje. Mjernetrake nazivaju se jo i tenzometarske trake, a metoda mjerenja pomou njih naziva se

tenzometrija. Prva mjerna traka bila je zavojnica od tanke ice vrsto zalijepljena za mjerni

objekt. Ukoliko se ica vrsto zalijepi na povrinu neoptereene konstrukcije, prilikom

optereenja doi e do deformiranja konstrukcije, a samim time i do deformiranja ice mjerne

trake. Osnovni princip tenzometrijskog mjerenja lei u injenici da se deformacijom mjerne

trake, koja slijedi deformaciju ispitnog objekta, mijenja otpor trake. Stoga se mjerenjem

promjene otpora odreuje iznos deformacije, a indirektno i djelujue optereanje. Shematskiprikaz utjecaja deformacije na promjenu otpora mjerne trake prikazan je na slici 11.


34/81


FSB 23

Slika 11 Utjecaj deformacije na promjernu otpora mjerne trake

Kod mjerenja pomou mjernih traka, meusobna ovisnost naprezanja i deformacija smatra se

linearnom jer se mjerenja provode u linearno-elastinom podruju, tj. u podruju gdje vrijedi

Hookeov zakon. Deformacija openitose moe opisati izrazom:

(19)

gdje jeL produljenje a L 0je poetna mjerna duljina. Odnos izmeu deformacije i promjeneelektrinog otpora definiran je izrazom:

(20)

gdje je k konstanta ovisna o vrsti materijala mjerne trake, R je promjena elektrinog otpora a R0

je elektrini otpor nedeformirane trake. Iz jednadbe slijedi da je promjena otpora jednaka

umnoku deformacije i konstante k:

(21)

Faktor k omoguuje pretvaranje mehanike veliine (deformacije) u elektrinu veliinu

promjene otpora. U praksi se najee koriste mjerne trake s vrijednostima faktora k:

k=(2,002,10)1% za metalne mjerne trake,

k120kod poluvodia.

Od metala se najee koristi konstantan, legura koja sadri 55% bakra i 45% nikla, s

vrijednou faktora k=2. Vrijednost koeficijenta k ne smije se mijenjati s promjenom


35/81


FSB 24

temperature jer u suprotnom ne bi bilo mogue jednoznano odrediti deformaciju koja odgovara

odreenoj promjeni otpora to je svakako vrlo nepovoljno s aspekta mjerenja. Stoga su za mjerne

trake pogodni materijali sa to manjom temperaturnom osjetljivou.

S obzirom na izvedbu, mjerne trake moemo podijeliti na: iane mjerne trake,

mjerne trake s metalnom folijom,

mjerne trake s metalnim filmom,

mjerne trake s poluvodiem.

Starije izvedbe mjernih traka bile su nainjene od ica za otpornike promjera 15m do 25 m.

Aktivna duljina mjerne trake bila je relativno velika, obino 6 mm ili dulja. Na taj nain postizao

se veliki omjer duljine i poprenog presjeka to je rezultiralo smanjenjem naprezanja na povrini

poprenog presjeka.

Dananje izvedbe mjernih traka rade se iz tankih folija debljine 3m do 5 m postupkom

nagrizanja metalnih folija odreenim kiselinama. Aktivne duljine variraju u rasponu od 0,2 mm

do 100 mm.

Osim podjele prema izvedbi, trake moemo podijeliti i prema obliku i namjeni na:

linearne mjerne trake, rozete.

Linearne mjerne trake koriste se za mjerenje deformacija u jednom smjeru, dok se rozete koriste

za mjerenje deformacija u dva ili tri smjera. Rozete se koriste i za mjerenje naprezanja u

membranama te za odreivanje zaostalih naprezanja.

Mjerne trake mjere deformaciju na nain da su vrsto prilijepljene na povrini uzorka ilimjernog

objekta. Privruju se najee ljepilom, a rjee tokastim zavarivanjem ili plamenim

trcanjem. Sredstva za uvrivanje mogubiti:

dvokomponentna organska ljepila (temperaturno podruje primjene -240 C do 280 C),

keramiki kit(temperaturno podruje primjene -250 C do 600 C),

plameno trcanje (temperaturno podruje primjene -270 C do 1000 C).

Ljepila kojim se privruju trake moraju zadovoljavati sljedee zahtjeve:

moraju osigurati dobro prianjanje izmeu konstrukcije i noseeg elementa trake,

ne smiju imati osobine puzanja to bi moglo dovesti do pojave histereze,


36/81


FSB 25

trebaju biti otporna na vlagu.

Primjer mjerne trake s pripadajuim dijelovima prikazan je na slici 12. Donji dio mjerne trake je

plastini nosa na kojem se nalazi mjerna mreica, a s gornje strane je plastina folija. Plastini

nosa prenosi deformacije s konstrukcije na mjernu mreicu. Trake se mogu koristiti i bez gornjeplastine folije u sluaju da mjere deformacije vrlo tankih objekata ili deformacije elastinih

materijala.

Slika 12 Mjerna traka

Za potrebe mjerenja, mjerne trake spajaju se u Wheatstonov most. Na slici 13 prikazan je

raspored 4 mjerne trake spojene u puni Wheatstonov most i vrsto nalijepljene na vlano

napregnuti tap. Mjerne trake 1 i 3 mjere uzdunu deformaciju predmeta (l), a trake 2 i 4

poprenu deformaciju(t).


37/81


FSB 26

Slika 13 Wheatsteonov most s etiri mjerne trake

Zbog deformacije traka i relativne promjene njihova otpora mijenja se vrijednost izlaznog

napona s Wheatstonovog mosta. Omjer izlaznog i ulaznog napona moe se izraziti jednadbom:

(22)

Pozitivna promjena otpora u trakama 1 i 3 posljedica je rastezanja, dok je negativna promjena u

trakama 2 i 4 rezultat njihova sabijanja. Budui da se relativna promjena otpora moe izraziti

umnokom deformacije i konstante k, dobiva se sljedei izraz:

(23)

Uvoenjem Poissonove konstante, poprena deformacija se moe izraziti pomou uzdune

deformacije pe se prethodni izraz moe pisati u obliku:

(24)

Ako je =0,3, slijedi:

(25)

Prednosti mjernih traka u odnosu na ostala mjerila deformacije jesu sljedee:

mogunost mjerenja deformacija na daljinu,


38/81


FSB 27

male dimenzije, mala masa,

mogunost mjerenja statikih i dinamikih naprezanja,

skoro nikakva inertnost,

mogunost mjerenja deformacija na vrlo malim objektima ili strojnim dijelovima, mogunost mjerenja deformacija u uvjetima visoke temperature (do 1000 C).

Nedostaci mjernih traka su:

relativno visoki trokovi,

sloen posao postavljanja i lijepljenja trake,

potreba za mjernim pojaalom u svrhupojaanja elektrinog signala,

potrebna hermetika zatita zbog tetnog utjecaja vlage.

5.1.2.Mjerno pojaalo

Mjerno pojaalo je jedan od glavnih elemenata mjernog sustava. Slui za pojaanje

izlaznog signala s dinamometra budui da se radi o vrlo malim promjenama napona

maksimalnog iznosa do 10 mV, uz napon napajanja Wheatstonovog mosta od 5 V. Da bi

se tako male promjene napona mogle odrediti i oitati sa zadovoljavajuom tonou, one se

moraju dodatno pojaati uz pomo mjernog pojaala. Osnovni zahtjevi koji se postavljaju pred

mjerna pojaala jesu sljedei:

osiguravanje napona (struje) na izlazu koji su proporcionalni veliinamanapona

(struje) na ulazu pojaala,

to manja vlastita potronja,

to vjernije praenje mjerene veliine (prenoenje signala bez dodatnih umova i

kanjenja).

Pored toga, mjerna pojaala se koriste i za d aljnju obradu mjernog signala (sabiranje,oduzimanje, mnoenje, logaritmiranje, integriranje i sline matematike operacije).

Postupak obrade mjernog signala moe se vriti na dva naina:

analogno i

digitalno.

Analogna tehnika podrazumijeva koritenje razliitih elektronskih krugova (operaciona

pojaala), dok preciznija digitalna tehnika podrazumijeva koritenje programskih paketa za


39/81


FSB 28

obradu rezultata mjerenja. Na slici 14 prikazane su razliite vrste mjernih pojaala koja su dio

palete HBM-ovih proizvoda.

Slika 14 Mjerna pojaala

Pojaala openito moemo podijeliti na:

industrijska pojaala,

mjerna pojaala.

Industrijska pojaala su kompaktnog dizajna, zadovoljavajue ponovljivosti i tonosti i moraju

biti jednostavna za rukovanje. Mjerna pojaala od kojih se zahtijeva visoka tonost dijele se na

dva tipa:

DC (istosmjerna pojaala),

CF (pojaala s noseom frekvencijom).

Na slikama 15 i 16prikazane su karakteristike ovih pojaala. Kod DC pojaala (slika 15) postoji

prekidna frekvencija fg iznad koje ne dolazi do pojaanja signala te se iznad te frekvencije

amplituda naglo smanjuje. Meutim, nepoeljna strana ovih pojaala je to to pojaavaju sve

frekvencije ispod prekidne, pa tako i umove, smetnje koje se javljaju prilikom mjerenja.


40/81


FSB 29

Slika 15 Karakteristika DC pojaala

Kod CF pojaala (slika 16) smanjuje se znaajno utjecaj umova i smetnji jer ona pojaavaju

samo one signale ija je frekvencija blizu nosee fT, pa su time CF pojaala puno tonija. Osim

toga puno je stabilnija frekvencija nego kod DC pojaala s obzirom na signal nule i na promjenu

signala uslijed temperaturnih varijacija.

Slika 16 Karakteristika CF pojaala

Frekvencijska podruja za CF pojaala su nia nego ona kod DC pojaala. Na slici 17 prikazana

je shema jednog CF pojaala s noseom frekvencijom.


41/81


FSB 30

Slika 17 Blok dijagram CF pojaala

Naponski signal koji dolazi s mjernih traka u pojaalu se demodulira, filtrira i potom pojaava.

5.1.2.1.Princip rada mjernog pojaala

Proces mjerenja shematski je prikazan na slici 18. Djelovanjem neke mehanike sile na

dinamometar dolazi do deformacije mjernih traka odnosno promjene njihova otpora te se mijenja

izlazni napon s Wheatstonovog mosta s obzirom na ulazni narinuti napon. Uslijed promjene

amplitude i faznog pomaka javlja se izoblieni izlazni signal. Taj signal je jako slab i da bi ga

uope mogli registrirati i dalje operirati njime potrebno ga je pojaati. Stoga ovaj signal ulazi u

pojaalo u kojem prvo dolazi do multipliciranja amplitude, to je primarna zadaa pojaala.

Ovako pojaani signal ide dalje u demodulator. Paralelno sa signalom u demodu lator dolazi i

referentni signal pravokutnog oblika te dolazi do superponiranja kada se nosei signal mijenja

pod utjecajem tzv. obavjesnog signala.


42/81


FSB 31

Slika 18 Promjena signala u mjernom sustavu

Nosea frekvencija fTje frekvencija referentnog napona. Brzina uzorkovanja je brzina pri kojoj

se uzorkuje obavijesni signal. Frekvencija noseeg signala je obino mnogo vea od najvee

frekvencije ulazno obavijesnog signala. Nyquistov teorem uzorkovanja zahtjeva da brzina

uzorkovanja bude vea od dvostrukog zbroja nosee frekvencije i najvee frekvencije

moduliranog signala da bi demodulator informaciju povratio tono bez gubitaka.

Ovisno to je preneseno noseim valom amplituda, frekvencija ili fazni pomak, ta informacija se

uzima kao osnova za formiranje novog signala. Naposljetku signal ide u niskopropusni filter.

Filtrirani signal sadri vrne vrijednosti signala te takav izlazni signal daje informaciju o mjernoj

vrijednosti, to se oitava na displeju ili alje dalje na raunalo kako bi se podaci dodatno

obradili.

5.1.2.2.Filtriranje signala

U elektronikim ureajima potrebno je eliminirati razliite oscilacije i pobude koje predstavljaju

smetnje. To su tzv. umovi. Premda se dio takvih smetnji otklanja dobrim uzemljenjem iefektom Faraday-evog kaveza, ostaju frekvencije koje se na taj nain ne mogu otkloniti, a s

druge strane javlja se i potreba da se kontrolira tono podruje frekvencija koje nisu poeljne.

Sklopovi kojima se kontrolira odreeno frekvencijsko podruje nazivaju se filteri.

Filtriranje signala vri se radi eliminiranja odreenih frekvencijskih podruja u signalu

(niskofrekventnih, visokofrekventnih ili pojasa srednje frekvencije). Ovisno o njihovoj

frekventnoj karakteristici filteri mogu biti: niskopropusni, visokopropusni, pojasno-propusni i

pojasno-nepropusni te uskopojasni (rezonantni). Filtriranje signala sastoji se u neproputanju iliproputanju signala niskih, srednjih ili visokih frekvencija i to iz odreenog spektra frekvencija


43/81


FSB 32

ulaznog signala. Pojas frekvencija koji se proputa naziva se propusna zona, a pojas koji se ne

proputa jest nepropusna zona. Ovdje je rije o pasivnim filterima i njihovom integralnom ili

derivacijskom djelovanju.

Na slici 19 dana je usporedba karakteristika visokopropusnog i niskopropusnog filtera.Visokopropusni filter proputa signale veih frekvencija (frekvencije vee od donje granine

frekvencije). Za razliku od visokopropusnog, niskopropusni filter proputa samo signale niih

frekvencija, frekvencija manjih od gornje granine frekvencije. Signale viih frekvencija ovaj

filter priguuje.

Kod visokopropusnog filtera vidljivo je iz grafa njegovo derivacijsko djelovanje koje proizlazi

iz odgovarajue kombinacije otpornika i kondenzatora. Dakle oni manifestiraju potpuno

inverznu karakteristiku u odnosu na niskopropusne filtere.

Slika 19 Usporedba karakteristika visokopropusnog i niskopropusnog filtera

Visokopropusni filteri se koriste, da bi se suzbile neeljene interferencije niskih frekvencija

ispod definirane prekidne frekvencije. Visokopropusnim filterom mogu se suzbiti spore

fluktuacije kao to su one nastale utjecajem temperature.


44/81


FSB 33

Niskopropusni filteri se koriste da bi se suzbile neeljene interferencije visokih frekvencija

iznad definirane prekidne frekvencije. Odziv amplitude, kanjenje faze i impulsni odziv su ovisni

o karakteristici filtera. Interesantne su 2 vrste niskopropusnih filtera: Butterworth i Bessel .

Butterworthova karakteristika pokazuje linearni odziv amplitude uz nadvienje od oko 10%

nakon ega dolazi do strmog pada iznad prekidne frekvencije. Bessel-ova karakteristika

prikazuje impulsni odziv sa jako malim ili nikakvim nadvienjem. Amplitudni odziv pada puno

blae. Butterworthova karakteristika se koristi kada je potrebno jako suzbijanje amplitude, malo

iznad prekidne frekvencije fg. Inae se koristi Besselova karakteristika.


45/81


FSB 34

6 Umjeravanje kidalice prema normi DIN EN ISO 7500-1

Umjeravanje kidalice provodi se prema normi DIN EN ISO 7500-1: Metalni materijali -

Provjeravanje statikih jednoosnih kidalica - Dio 1: Vlano/tlane kidalice - Provjeravanje i

umjeravanje sustava za mjerenje sile.Norma DIN EN ISO 7500-1 odnosi se na statiku provjeru sustava za mjerenje sile. Vrijednosti

umjeravanja nisu vrijedeeza primjenu kod visokobrzinskih i dinamikih ispitivanja.

Provjeravanje i umjeravanje kidalice openito se sastoji iz dva dijela:

ope provjere kidalice ukljuujui i pribora za primjenu sile,

umjeravanja sustava za mjerenje sile.

6.1.Opi pregled kidaliceIspitivanje kidalice obavlja se samo ukoliko je kidalica u ispravnom radnom stanju. U tu svrhu

potrebno je provesti opi pregled kidalice prije samog umjeravanja sustava za mjerenje sile.

Opi pregled kidalice sastojati se od sljedeih operacija:

vizualnog pregleda,

pregleda strukture ureaja,

pregleda pogonskog mehanizma traverze.

Vizualni pregled mora potvrditi:

a) da je ureaj u dobrom radnom stanju i da nije izloen tetnim djelovanjima odreenih

aspekata njegovog opeg stanja kao to su troenje ili defekti na vodilicama traverzeili

eljusti, te zranost izmeu stupova i traverze;

b) da ureaj nije izloen tetnim okolinim uvjetima (vibracije, elektrine interferencije,

korozija, temperaturne varijacije itd.);

c)

da se utezi i njihove mase mogu tonoidentificirati akoje rije o ureajima s klatnom.

Pregledom strukture ureaja provjerava se da li struktura i sustav prihvata omoguuju aksijalnu

primjenu sile.

Pri pregledu pogonskog mehanizma traverze potrebno je ispitati da li pogonski mehanizam

omoguuje jednoliku i mirnu promjenu sile te da je moguepostii razliite diskretne sile sa

zadovoljavajuom tonou. Pogonski mehanizam takoer mora omoguiti razliite brzine

deformiranja ispitnog uzorka propisane normama za odreena mehanika ispitivanja.


46/81


FSB 35

Kod tlanih kidalica potrebno je obaviti i pregled tlanih ploa koje mogu biti permanentno

postavljene na kidalici ili predstavljaju zasebne komponente. Pregledom treba utvrditi da ploe

obavljaju svoju funkciju sukladno zahtjevima kidalice. Ukoliko nisu navedeni drugaiji zahtjevi

u odreenim normama, odstupanje ravnoe smije biti 0,01 mm na 100 mm duljine. Kad se radi o

elinim ploama tvrdoa morabiti vea ili jednaka od 55 HRC. Kod ureaja koji se koriste za

ispitivanje uzoraka osjetljivih na savojna naprezanja, gornja ploa mora biti postavljena u

kuglasto leite tako da se u neoptereenom stanju moe slobodno zakretati za kut od priblino

3.

6.2.Umjeravanje sustava za mjerenje sile

6.2.1.OpenitoUmjeravanje predstavlja skup operacija kojima se pod odreenim uvjetima uspostavlja veza

izmeu vrijednosti oitanih na mjernom instrumentu ili mjernom sustavu, ili vrijednosti

prezentiranih materijalnom mjerom ili referentnim materijalom i odgovarajuih vrijednosti

ostvarenih pomou etalona.

Na temelju rezultata umjeravanja omoguuje se namjetanje mjerila prema oitanjima ili

utvrivanje korekcija s obzirom na oitanja.

Umjeravanje kidalice se provodi za sva mjerna podruja koja se rabe i za sve koritene

pokazivae sile. Bilo koji dodatni ureaj (npr. pratea kazaljka ili pisa) koji mogu tetno

utjecati na sustav za mjerenje sile potrebno je takoer provjeriti.

Ukoliko kidalica ima nekoliko sustava za mjerenje sile, svaki sustav treba razmatrati kao

zasebnu cjelinu. Jednaka procedura vrijedi i za hidraulike ureaje s dvostrukim klipom.

Umjeravanje se provodi pomou etalonskih dinamometara osim u sluaju kada je iznos sile

manji od donje granice mjernog podruja etalonskog ureaja pri emu je dozvoljeno umjeravanje

koritenjem utega poznatih masa. Kad se za provjeru sila koristi set utega, on se smatra

jedinstvenim mjernim sustavom. Instrumenti koji se koriste za umjeravanje moraju imati

dokazanu sljedivost prema meunarodnom sustavu jedinica. Ukoliko se umjeravanje provodi

pomou prijenosnih etalona sile oni moraju zadovoljiti zahtjeve norme ISO 376. Klasa

etalonskog mjerila mora biti jednaka ili bolja od klase za koju se kidalica umjerava.

Kad se za umjeravanje mjernog podruja koristi nekoliko etalona sile, najvea sila primijenjena

na manji ureaj mora biti jednaka najmanjoj sili primijenjenoj na etalonski dinamometar veeg

kapaciteta.


47/81


FSB 36

Prilikom umjeravanja potrebno je minimizirati bilo kakve efekte savijanja o emu je potrebno

voditi rauna prilikom namjetanja prijenosnog etalona sile. Etalonski dinamometar treba

postaviti na kidalicu na takav nain da se efekti savijanja svedu na to je mogue manju mjeru.

Pri namjetanju prijenosnog etalona za tlano umjeravanje, na ureaj je potrebno postaviti plou

s kuglastim zglobom ako kidalica nema ve inkorporiranu takvu plou.

Umjeravanje se obavlja pri okolinoj temperaturi izmeu 10 C i 35C pri emu je potrebno

osigurati dovoljan vremenski period da etalonski ureaj postigne konstantnu temperaturu.

Temperatura etalonskog ureaja mora ostati stabilna unutar granica od 2 C tijekom svakog

niza mjerenja.

6.2.2.Odreivanje rezolucije

Prije umjeravanja potrebno je odrediti rezoluciju (r) pokazivaa sile ovisno o tome radi li se o

analognoj ili digitalnoj skali. Kod analogne skale rezolucija je jednaka omjeru irine kazaljke i

udaljenosti izmeudvije susjedne oznake skale. Preporueni su odnosi 1:2, 1:5 ili 1:10, a razmak

od 2,5 mm ili vei potreban je da bi se oitala jedna desetina podjele skale.

Kod digitalne skale rezolucija je jednaka jednom pomaku na brojau numerikog indikatora pod

uvjetom da oitanja ne variraju vie od jednog pomaka kada je ureaj neoptereen, a motor i

upravljaki sustav rade.

Ukoliko oitanja variraju vie od vrijednosti prethodno odreene rezolucije tada se uzima da je

rezolucija jednaka polovici podruja fluktuacije uveano za jedan pomak sile.

Rezolucija (r) izraava se u mjernoj jedinici za silu.

Na temelju rezolucije r odreuje se relativna rezolucija (a) pokazivaa sile i to za svaku mjernu

toku umjeravanja:

(26)

gdje je Fisila na razmatranoj mjernoj toki.

Relativna rezolucija ne smije prei vrijednosti navedene u tablici 1 za odreenu klasu kidalice.


48/81


FSB 37

6.2.3.Priprema kidalice za umjeravanje

Prije zapoimanja mjernih nizova potrebno je kidalicu s namjetenim etalonskim ureajem

pripremiti za umjeravanje to ukljuuje barem tri predoptereenja izmeu nule i maksimalne

mjerene sile.

6.2.4.Postupak umjeravanja

Umjeravanje se u principu obavlja s konstantnim silama Fioitanim na pokazivau sile kidalice.

Za zadanu silu Fibiljei se vrijednost stvarne sile Foitane na etalonskom ureaju. Ukoliko to

nije mogue, umjeravanje seprovodi s konstantnim stvarnim silama kada je za odreenu stvarnu

silu Foitanu na etalonskom ureaju potrebno zabiljeiti silu Fi na pokazivau sile ispitivane

kidalice. Rijekonstantna oznauje da se iste vrijednosti sile Fi (ili F) koriste u svim nizovima

mjerenja.

Kod umjeravanja mjernog sustava sile potrebno je nainiti tri niza mjerenja pri rastuoj sili te

jedan niz pri padajuoj sili. Svaki niz mjerenja mora sadravati najmanje pet diskretnih sila

priblino jednako rasporeenih u intervalu izmeu 20% i 100% maksimalne vrijednosti skale.

Ukoliko se umjeravanje obavlja ispod 20% mjernog podruja, potrebno je obaviti dodatna

mjerenja pri tokama 10%, 5%, 2%, 1%, 0,5%,0,2% i 0,1% maksimalnog iznosa skale emu je

potrebno dodati i donju granicu umjeravanja.Donja granica mjernog podruja odreuje se mnoenjem rezolucije r sa odgovarajuim

faktorom:

400 za klasu 0,5;

200 za klasu 1;

100 za klasu 2;

67 za klasu 3.

Kod kidalica s automatskom promjenom podruja potrebno je obaviti barem dva mjerenja kod

sila pri kojima se rezolucija ne mijenja.

Prije drugog i treeg uzlaznog niza potrebno je etalonski ureaj rotirati za kut od 120 nakon

ega slijedi predoptereenje i tekpotom novi mjerni niz.

Za svaku diskretnu silu izraunava se aritmetika srednja vrijednost rezultata pojedinih nizova.

Pomou tih aritmetikih sredina raunaju se relativna pogreka tonosti i relativna pogreka

ponovljivosti sustava za mjerenje sile.


49/81


FSB 38

Prije svake serije mjerenja potrebno je oitanje na pokazivau kidalice postaviti na nulu.

Oitanje se namjeta na nulu otprilike 30 s nakon to je kidalica rastereena. Ukoliko se radi o

analognom pokazivau, kazaljka mora slobodno balansirati oko nule, dok kod digitalnog

pokazivaa svaki pad sile ispod nule mora se trenutno registrirati, npr. predznakom pokazivaa

(+ ili -).

Relativna pogreka nule (fo) za svaki mjerni niz rauna se iz jednadbe:

(27)

Ukoliko kidalica raspolae dodatnim priborom (pratea kazaljka, pisa) potrebno je provjeriti

utjecaj pribora na rad kidalice zbog otpora i trenja kojeg stvaraju mehaniki dijelovi. To se moe

postii jednom od sljedeih metoda ovisno o tome rabi li se ureaj s dodatnim priborom ili bez

njega:

a) kidalica se normalno koristi s dodatnim priborom: provode se tri niza mjerenja s

rastuom silom i prikljuenim dodatnim priborom, te jo jedan dodatni niz mjerenja u

najmanjem mjernompodrujubez pribora.

b) kidalica se normalno koristi bez dodatnog pribora: provode se tri niza mjerenja s

rastuom silom pri emu je dodatni pribor iskljuen, te jo jedan dodatni niz mjerenja u

najmanjem mjernompodruju s dodatnim priborom u funkciji.

U oba sluaja, relativna pogreka tonosti q rauna se iz tri glavna niza mjerenja, dok se

relativna pogreka ponovljivosti b rauna za sve etiri serije. Vrijednosti dobivene za b i q

moraju udovoljavati vrijednostima navedenim u tablici 1 za odgovarajuu klasu kidalice.

Takoer moraju biti zadovoljeni i sljedei uvjeti:

za umjeravanje s konstantnom silom oitanom na pokazivau sile ispitivane kidalice:

(28)

gdje je Fisila oitana na pokazivau sile kidalice pri rastuoj ispitnoj sili, a Fcje stvarna

sila oitana na etalonskom ureaju pri rastuoj ispitnoj sili udopunskom nizu mjerenja u

najmanjem mjernom podruju;

za umjeravanje s konstantnom stvarnom silom:

(29)


50/81


FSB 39

gdje je Ficsila oitanana pokazivau sile kidalice pri rastuoj ispitnoj sili u dopunskom

nizu mjerenja u najmanjem mjernom podruju, a F je stvarna sila oitana na etalonskom

ureaju pri rastuoj ispitnoj sili.

U navedenim jednadbama, vrijednost q je najvea doputena vrijednost navedena u tablici 1 zarazmatranu klasu mjernog podruja.

Kod hidraulikih kidalica, kod kojih se hidrauliki tlak koristi za induciranje sile potrebno je

provjeriti utjecaj razliitih poloaja klipa u najmanjem mjernom podruju. Klip mora biti u

drugaijem poetnom poloaju za svaki mjerni niz. Ukoliko se radi o ureajima s dva klipa, u

obzir se moraju uzeti oba klipa.

6.2.4.1.Relativna pogreka reverzibilnosti

Relativna pogreka reverzibilnosti () odreuje se umjeravanjem pri istim diskretnim silama,

najprije s rastuom apotom i s padajuom ispitnom silom. Na temelju vrijednosti izmjerenih pri

rastuoj sili (F ili Fi) i padajuoj (F' ili Fi') izraunava se relativna pogreka reverzibilnosti

temeljem jednadbe:

(30)

ili za poseban sluaj umjeravanja s konstantnom stvarnom silom:

(31)

Ovu pogreku potrebno je izraunati za svaku mjernu toku u najmanjem i najveem mjernom

podruju.

6.2.4.2.Relativna pogreka tonosti

Relativna pogreka tonosti (q) izraava se kao postotak srednje vrijednosti stvarne sile F:

(32)

gdje je Fi sila oitana na pokazivau sile kidalice pri rastuoj ispitnoj sili, a je aritmetika

sredina nekoliko mjerenja stvarne sile F na istoj mjernoj toki.

Za poseban sluaj kada se umjeravanje temelji na konstantnim stvarnim silama, relativna

pogreka tonosti definirana je jednadbom:

(33)


51/81


FSB 40

gdje je i aritmetika sredina nekoliko mjerenja Fi odnosno F na istoj mjernoj toki, a F je

stvarna sila oitana na etalonskom ureaju pri rastuojispitnoj sili.

6.2.4.3.Relativna pogreka ponovljivosti

Relativna pogreka ponovljivosti (b) za svaku diskretnu silu definirana je kao omjer razlike

izmeu najvee (Fmax, Fimax) i najmanje izmjerene vrijednosti (Fmin, Fimin) i prosjene vrijednosti

stvarne sile:

(34)

Ako se umjeravanje provodi sa konstantnom stvarnom silom relativna pogreka ponovljivosti

slijedi iz jednadbe:

(35)

6.2.4.4.Podudarnost izmeu dva prijenosna etalona sile

Kad su za umjeravanje mjernog podrujapotrebna dva prijenosna etalonska dinamometra te se

ista sila zasebno primjenjuje na oba ureaja, tada razlika izmeu relativnih pogreaka tonosti

(q) dobivenih za svaki ureaj ne smije biti vea od 1,5 x vrijednost maksimalno dozvoljene

pogreke ponovljivosti (b) za odgovarajuu klasu:(36)

6.2.4.5.Odreivanje klase mjernog podruja

Tablica 1 sadri maksimalne doputene vrijednosti razliitih relativnih pogreaka sustava za

mjerenje sile, te relativne rezolucije pokazivaa sile koje karakteriziraju podruje kidalice u

skladu s njegovom klasom.

Tablica 1 Vrijednosti relativnih pogreaka za razliite klase kidalice

Klasa mjernog

podruja

Maksimalne dozvoljene vrijednosti, %

Relativna pogreka Relativna

rezolucija

a

tonosti

q

ponovljivosti

b

reverzibilnosti

nule

f0

0,5 0,5 0,5 0,75 0,05 0,25

1 1,0 1,0 1,5 0,1 0,5

2 2,0 2,0 3,0 0,2 1,0

3 3,0 3,0 4,5 0,3 1,5


52/81


FSB 41

Mjerno podrujepokazivaa sile smatra se ispravnim ukoliko su dobiveni zadovoljavajui

rezultati u podruju od najmanje 20% do 100% nazivne vrijednosti.

6.2.5.Uestalost umjeravanja

Vremenski razmak izmeu dva umjeravanja ovisi o vrsti kidalice, njenom odravanju i

uestalostikoritenja. Ukoliko nije drugaije naznaeno vremenski razmak ne bi smio biti dulji

od 12 mjeseci.

Osim toga kidalicu je potrebno obavezno podvrgnuti ispitivanju ako se premjeta na novu

lokaciju i pritom rastavlja te ukoliko se podvrgava veim popravcima ili namjetanjima.


53/81


54/81


FSB 43

7.2.Ispitivana kidalica

Umjeravana kidalica zajedno s upravljakom jedinicom spojenom na raunalo prikazana je na

slici 20. Karakteristike ispitivane kidalice navedene su u tablici 2.

Slika 20 Hidraulina kidalica WPM EU 40 mod.

Tablica 2 Karakteristike umjeravane kidalice

Proizvoa: VEB WPM, Njemaka

Tip: Hidraulina

Vrsta: EU 40 mod

Mjerno podruje: 0 - 400 kN

Smjer sile: Vlak, tlak

Nazivna sila: 400 kN

Mjerni sustav:Elektrini pretvornik tlaka;

digitalni pokaziva


55/81


FSB 44

7.3.Prijenosni etalon sile

Prijenosni etalon sile sastoji se od etalonskog dinamometra tipa Z4A nazivne sile 500 kN,

mjernog pojaala DMP 40 i prihvatnih naprava za vlano i tlano optereivanje.

Na slici 21 prikazan je elektrini vlano tlani dinamometar Z4A koriten u eksperimentalnimispitivanjima. Ovaj dinamometar rabi se za visoko precizna mjerenja u postupku umjeravanja

mjerila sile kao to su kidalice, pree i sl.

Slika 21 Dinamometar Z4/500 kN

Tehnike karakteristike dinamometra navedene su u tablici 3.

Tablica 3 Karakteristike dinamometra

Proizvoa:Hottinger Baldwin Messtechnik (HBM) GmbH,

Njemaka

Tip: Z4A

Serijski broj: 88923

Duljina kabela: cm 40 + 705

Maksimalnopreoptereenje: % 150

Nominalni temperaturni raspon: C 10-40

Nainoptereivanja: Vlak/tlak

Nazivna osjetljivost: mV/V 2

Materijal kuita: elik

Masa kg 42


56/81


FSB 45

Mjerno pojaalo DMP40 prikazano na slici 22 omoguuje visoko precizna komparativna

mjerenja mehanikih veliina kao to su sila, masa, moment i tlak. Radi se o pojaalu vrlo

visoke tonosti, osjetljivosti, rezolucije i stabilnosti signala.

Slika 22 Mjerno pojaalo DMP 40

Pojaalo radi na principu nosee frekvencije 225 Hz i klase je tonosti 0,0005. DMP40 raspolae

s 2 vrste digitalnih filtera: Butterworth i Bessel. Tehnika specifikacijapojaala dana je u tablici

4.

Tablica 4 Karakteristike pojaala

Proizvoa:Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH,

Njemaka

Tip: DMP40Klasa tonosti: 0,0005

Broj pojaala: 1

Napon napajanja: V 2,5 ; 5 ; 10

Nosea frekvencija: Hz 225100 ppm

Doputena duljina kabela: m


57/81


FSB 46

Na slici 23 prikazane su razliite prihvatne naprave za vlano/tlano optereivanje dinamometra.

Naprave su tako izvedene da omoguuju jednoosno aksijalno optereenje bez pojave radijalne

komponente sile koja bi uzrokovala nepoeljni efekt savijanja. Vlane naprave se u principu

sastoje od dvije krune matice, dvije krune alice te od dvije ipke za prenoenje vlanog

optereanja dok se za potrebe tlanog optereivanja koristi jedan ili dva tlana podloka. Tlani

podloak je dizajniran tako da smanji povrinski pritisak na dinamometar. Pri velikim silama

dozvoljeno je koritenje i dva podloka. Podloak moe imati ravnu ili konveksnu gornju

povrinu za uvoenje sile. Oblik i dimenzije vlano/tlanih naprava definirani su normom ISO

376.

Slika 23 Prihvatne naprave za vlano/tlano optereivanje

7.4.Umjeravanje

Umjeravanje je provedeno vlanim optereivanjem kidalice u skladu s normom DIN EN ISO

7500-1.

Prije samog umjeravanja obavljen je opi pregled kidalice kako bi se utvrdilo da je kidalica u

dobrom radnom stanju te ispravna za umjeravanje. Vizualnim pregledom je utvreno da nema

izraenog troenja i defekata na vodilicama traverze odnosno eljusti, te da nema zranostiizmeu stupova i traverze. Opim pregledom kidalice ustanovljeno je da nema tetnih okolinih

utjecaja kao to su vibracije, elektrine interferencije, korozija i temperaturne oscilacije.

Pregledom strukture kidalice i sustava prihvata utvreno je da oni omoguuju aksijalnu silu. Pri

pregledu pogonskog mehanizma traverze vidljivo je da pogonski sustav ostvaruje kontinuiranu i

polaganu promjenu sile te da je mogue postii razliite diskretne sile sprihvatljivom tonou.

Umjeravanje je obavljeno pomou prijenosnog etalona sile koji zadovoljava zahtjeve norme ISO

376. Klasa etalonskog dinamometra je 00 odnosno 0,5 to je bolje ili jednako klasi za koju sekidalica umjerava. Dinamometar je namjeten na kidalicu i pravilno pozicioniran kako bi se


58/81


FSB 47

djelovanje radijalne komponente sile svelo na najmanju moguu mjeru. Potom je dinamometar

prikljuen na mjerno pojaalo i tako ostavljen 30 minuta radi stabiliziranja mjernog signala. Za

potrebe umjeravanja na mjernom pojaalu su odabrani sljedei parametri:

napon napajanja Wheatstonovog mosta 5 V; puni most, 4 mjerne trake;

mjerno podruje: 2,5 mV/V, (zbog mogunosti preoptereenja);

vrijednost ''nule'' je postavljena na 0 mV/V;

izabrana je mjerna jedinica: mV/V;

podeena je rezolucijapokazivaa na 0,00001 mV/V.

Prije zapoimanja vlanog umjeravanja, dinamometar i kidalica su tri puta tlano optereeni sve

do nazivne sile mjernog podruja kako bi se prijenosni etalon sile i njegove tenzometarske trake

rastegnule u smjeru suprotnom onomu kod umjeravanja. Ovo e imati vanu ulogupri kasnijem

vlanom umjeravanju. Tlano predoptereivanje prikazano je slikom 24.

Slika 24 Tlano predoptereenje kidalice i dinamometra

Nakon toga se pristupilo samom umjeravanju kidalice koje ukljuuje vlana predoptereenja iza

kojih slijede mjerni nizovi umjeravanja. Kako bi se utvrdio znaaj predoptereenja u postupku

umjeravanja kidalice, provedeno je ukupno pet umjeravanja s razliitim brojem vlanih

predoptereenja. S ciljem to kvalitetnije analize utjecaja predoptereenja na rezultate ispitivanjanapravljeno je polazno umjeravanje bezprethodnog optereivanja, a svako sljedee umjeravanje


59/81


FSB 48

sadralo je j

robert renjo diplomski rad

Documents